回転電機
【課題】回転電機において、固定子で生じる磁界に含まれる高調波成分である空間高調波を回転子のコイルに多く鎖交させて、トルクを有効に増大することである。
【解決手段】回転電機１０は、回転磁界を生じさせるステータ１２と、回転磁界に含まれる高調波成分によって誘導起電力が生じるようにロータ巻線４２ｎ、４２ｓが巻線されるとともに、誘導起電力によって磁極が生じるように構成されたロータ１４とを含む。ステータ１２は、高調波成分を、ステータ１２からロータ１４に誘導する誘導部である補助極４８を有する。
【解決手段】回転電機１０は、回転磁界を生じさせるステータ１２と、回転磁界に含まれる高調波成分によって誘導起電力が生じるようにロータ巻線４２ｎ、４２ｓが巻線されるとともに、誘導起電力によって磁極が生じるように構成されたロータ１４とを含む。ステータ１２は、高調波成分を、ステータ１２からロータ１４に誘導する誘導部である補助極４８を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転磁界を生じさせる固定子を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に記載されているように、回転子であるロータにコイルであるロータ巻線を設けるとともに、固定子であるステータで発生した起磁力に生じる高調波成分である空間高調波を含む磁界によりロータ巻線に誘導電流を生じさせ、ロータにトルクを発生させる回転電機が知られている。特許文献１に記載された回転電機は、ステータと、ステータの径方向内側に配置されたロータとを備える。ステータは、ステータコアの周方向複数個所に設けられたティースを備える。ステータのティースに複数相のステータ巻線が集中巻きで巻装されている。複数相のステータ巻線に複数相の交流電流を流すことでステータに、周方向に回転する回転磁界を生成することができる。
【０００３】
また、ロータは、ロータコアの周方向複数個所に設けられた突極を備える。各突極にロータ巻線が巻装されている。各ロータ巻線は、１つ置きに隣り合う突極に巻回されるロータ巻線同士で直列に接続されるが、ロータの周方向に隣り合うロータ巻線同士では電気的に分断されており、分断されたロータ巻線毎にダイオードが接続されている。ロータの周方向に隣り合うロータ巻線に接続されたダイオードは、互いに逆向きに対応するロータ巻線に接続され、隣り合うロータ巻線で流れる電流の向きが逆になる。これにより、各ロータ巻線にダイオードの整流方向に応じた直流電流が流れると、上記周方向に隣り合う突極同士で磁気方向が逆になり、ロータの周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように各突極に磁石が形成される。
【０００４】
このような回転電機では、突極がステータの回転磁界と相互作用してロータにトルクが作用する。また、ステータにより形成される磁界の高調波成分を利用してロータに作用するトルクを効率よく増大させることができる。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２〜６がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７９１６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１８５０８２号公報
【特許文献３】特開２０１０−９８９０８号公報
【特許文献４】特開２０１０−１１０７９号公報
【特許文献５】特開２００４−１８７４８８号公報
【特許文献６】特開２００９−１８３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、回転電機において、固定子で生じる磁界に含まれる高調波成分を回転子のコイルに多く鎖交させて、トルクを有効に増大できる回転電機を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機及び回転電機駆動システムは、上記の目的を達成するために以下の手段を採用する。
【０００８】
本発明に係る回転電機は、回転磁界を生じさせる固定子と、前記回転磁界に含まれる高調波成分によって起電力が生じるようにコイルが巻線されるとともに、前記起電力によって磁極が生じるように構成された回転子とを備え、前記回転子は、前記高調波成分を、前記固定子から前記回転子に誘導する誘導部を有することを特徴とする回転電機である。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記回転子は、前記起電力によって磁極が生じるように形成された磁極部を備えている。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記誘導部は、前記固定子に近接するように設けられる。より好ましくは、前記誘導部は、前記回転子において、前記回転子の回転中心を中心として描かれる最大外接円に接するように設けられる。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記誘導部は、前記起電力の発生を大きくするように、前記高調波成分を誘導する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回転電機駆動システムによれば、固定子で生じる磁界に含まれる高調波成分を回転子のコイルに多く鎖交させて、トルクを有効に増大できる回転電機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機において、ロータ巻線に整流素子であるダイオードを結合している様子を示す略図である。
【図２】図１の回転電機において、ダイオードを省略して、ステータとロータとの対向する部分の周方向一部を示す概略断面図である。
【図３】図２のＡ部を拡大して詳しく示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、ロータ巻線に流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。
【図５】図１の回転電機において、周方向に関するロータ巻線の幅θを変化させながらロータ巻線への鎖交磁束の振幅を計算した結果を示す図である。
【図６Ａ】補助極を有しない比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。
【図６Ｂ】比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力と回転数との関係を示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力と回転数との関係を示す図である。
【図８Ａ】補助極を有しない比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ巻線での空間高調波鎖交磁束を示す図である。
【図８Ｂ】比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ巻線の自己インダクタンスを示す図である。
【図８Ｃ】比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ巻線でのロータ誘導電流を示す図である。
【図８Ｄ】比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、回転電機のトルクを示す図である。
【図９Ａ】補助極を有しない比較例を用いて行ったシミュレーション結果において、空間高調波の磁束線を示す略図である。
【図９Ｂ】本発明の実施の形態を用いて行ったシミュレーション結果において、空間高調波の磁束線を示す略図である。
【図１０Ａ】補助極を有しない比較例を用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態において補助極の根元部を磁性材製とした実施例１を用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施の形態において補助極の根元部を非磁性材製とした実施例２を用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る回転電機を含む回転電機駆動システムの１例の概略構成を示す図である。
【図１２】図１１の回転電機駆動システムにおいて、制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３Ａ】図１１の回転電機駆動システムにおけるステータ電流の時間的変化の１例を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と各相電流とで示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに対応するロータ起磁力の時間的変化を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａに対応するモータトルクの時間的変化を示す図である。
【図１４】図１１の回転電機駆動システムにおいて、ｑ軸電流を一定値とした場合（ａ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の前期（ｂ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の後期（ｃ）とで、ステータとロータとに磁束が通過する様子を示す模式図である。
【図１５】ステータ電流に増加パルス電流を重畳させる場合の回転電機駆動システムにおいて、Ｕ相のステータ巻線に流す電流（ステータ電流）と、ロータ巻線に生じる誘導電流（ロータ誘導電流）との１例を示す図である。
【図１６】本発明の別の実施の形態の回転電機において、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させた場合の変化を示すロータの模式図である。
【図１７】図１１の回転電機駆動システムにおいて、パルス電流の重畳状態を変化させる例を説明するための回転電機の回転数とトルクとの関係を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【図１９】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【図２０】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【図２１】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１〜３は、本発明の実施形態を示す図である。図１は、本発明の実施の形態に係る回転電機において、ロータ巻線に整流素子であるダイオードを結合した様子を示す略図である。図２は、図１の回転電機において、ダイオードを省略して、ステータとロータとの対向する部分の周方向一部を示す概略断面図である。図３は、図２のＡ部を拡大して詳しく示す図である。図１に示すように、電動機または発電機として機能する回転電機１０は、図示しないケーシングに固定された固定子であるステータ１２と、ステータ１２と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能な回転子であるロータ１４とを備える（なお、「径方向」とはロータの回転中心軸に対し直交する放射方向をいう。以下、特に断らない限り「径方向」の意味は同じである。）。
【００１５】
また、ステータ１２は、ステータコア２６と、ステータコア２６の周方向箇所に配置されたティース３０と、各ティース３０に配設された、すなわち巻線された複数相（より具体的にはｕ相、ｖ相、ｗ相の３相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗとを含む。すなわち、ステータコア２６の内周面には、径方向内側へ（ロータ１４へ向けて）突出する複数のステータティースであるティース３０がロータ１４の回転中心軸まわりの周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各ティース３０間にスロット３１が形成されている（なお、「周方向」とはロータの回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう。以下、特に断らない限り「周方向」の意味は同じである。）。ステータコア２６及び複数のティース３０は磁性材により、一体に設けられている。
【００１６】
各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、スロット３１を通ってティース３０に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース３０にステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに複数相の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース３０が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ１２に生成することができる。なお、ステータ巻線は、このようにステータティースに巻線する構成に限定するものではなく、ステータティースから外れたステータコアに巻線することもできる。
【００１７】
ティース３０に形成された回転磁界は、その先端面からロータ１４に作用する。図１に示す例では、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗがそれぞれ巻装された３つのティース３０により１つの極対が構成されている。
【００１８】
また、ロータ１４は、円筒状のロータコア１６と、ロータコア１６の外周面の周方向複数個所に、径方向外側に向けて（ステータ１２に向けて）突出して設けられた突部であり、かつ主突極であり、かつ、磁極部、すなわちロータティースであるティース１９と、複数のコイルであるロータ巻線４２ｎ、４２ｓとを含む。ロータコア１６及び複数のティース１９は磁性材により、一体に設けられている。より詳しくは、ロータ１４の周方向に関して１つおきのティース１９に複数の第１ロータ巻線４２ｎをそれぞれ集中巻きで巻線し、第１ロータ巻線４２ｎを巻線したティース１９と隣り合うティース１９であって、周方向１つおきのティース１９に、複数の第２ロータ巻線４２ｓをそれぞれ集中巻きで巻線している。また、複数の第１ロータ巻線４２ｎを含む第１ロータ巻線回路４４と、複数の第２ロータ巻線４２ｓを含む第２ロータ巻線回路４６とに、それぞれ１ずつの磁気特性調整部であり整流素子であるダイオード２１ｎ、２１ｓを接続している。すなわち、ロータコア１６の周方向複数個所に第１ロータ巻線４２ｎ及び第２ロータ巻線４２ｓを、それぞれ集中巻きで巻装している。また、ロータ１４の周方向に１つおきに配置された複数の第１ロータ巻線４２ｎは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に整流素子であり第１ダイオードであるダイオード２１ｎが各第１ロータ巻線４２ｎと直列に接続されることで、第１ロータ巻線回路４４が構成されている。各第１ロータ巻線４２ｎは、同じ磁極（Ｎ極）として機能するティース１９に巻装されている。
【００１９】
また、複数の第２ロータ巻線４２ｓは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に整流素子である第２ダイオードであるダイオード２１ｓが各第２ロータ巻線４２ｓと直列に接続されることで、第２ロータ巻線回路４６が構成されている。各第２ロータ巻線４２ｓは、同じ磁極（Ｓ極）として機能するティース１９に巻装されている。また、周方向に隣り合う（異なる磁極の磁石が形成される）ティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、互いに電気的に分断されている。
【００２０】
また、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士で、異なる磁極の磁石が形成されるように、各ダイオード２１ｎ、２１ｓによるロータ巻線４２ｎ、４２ｓの電流の整流方向を互いに逆方向にしている。すなわち、周方向において隣り合うように配置されたロータ巻線４２ｎとロータ巻線４２ｓとで流れる電流の向き（ダイオード２１ｎ、２１ｓによる整流方向）、すなわち順方向が互いに逆になるように、ダイオード２１ｎ、２１ｓがロータ巻線４２ｎ、４２ｓに接続されている。また、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの巻回中心軸は径方向と一致している。そして各ダイオード２１ｎ、２１ｓは、ステータ１２で生成される高調波成分である空間高調波を含む回転磁界による誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を整流することで、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせている。Ａ相は、対応するティース１９の先端側にＮ極を生成するものであり、Ｂ相は、対応するティース１９の先端側にＳ極を生成するものである。すなわち、ロータ１４に設けられる整流素子は、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓにそれぞれ接続される第１整流素子であるダイオード２１ｎと第２整流素子であるダイオード２１ｓとである。また、ダイオード２１ｎ、２１ｓは、誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を独立して整流し、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流により生成される周方向複数個所のティース１９の磁気特性を周方向に交互に異ならせている。このように、複数のダイオード２１ｎ、２１ｓは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに発生する誘導起電力によって複数のティース１９に生じる磁気特性を、周方向で交互に異ならせている。この構成では、後述する図１８に示す別の実施の形態の場合と異なり、ダイオード２１ｎ、２１ｓの数を２つに減らすことができ、ロータ１４の巻線構造を簡略化することができる。また、ロータ１４は、図示しないケーシングに回転可能に支持された回転軸２２（図１８，２０等参照、図１では図示を省略する。）の径方向外側に同心に固定している。なお、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、対応するティース１９に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ等を介して巻装することもできる。
【００２１】
また、ロータ１４の周方向に関するロータ巻線４２ｎ、４２ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれティース１９に短節巻きで巻装されている。より好ましくは、ロータ１４の周方向に関するロータ巻線４２ｎ、４２ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく、あるいはほぼ等しくしている。ここでのロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θについては、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの断面積を考慮して、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの断面の中心幅で表すことができる。すなわち、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの内周面の幅と外周面の幅との平均値でロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを表すことができる。なお、ロータ１４の電気角は、ロータ１４の機械角にロータ１４の極対数ｐを乗じた値で表される（電気角＝機械角×ｐ）。このため、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、ロータ１４の回転中心軸からロータ巻線４２ｎ，４２ｓまでの距離をｒとすると、以下の（１）式を満たす。
【００２２】
θ＜π×ｒ／ｐ （１）
このように幅θを規制している理由は、後で詳しく説明する。
【００２３】
特に、本実施の形態では、ロータコア１６は、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間の周方向の中央位置等、隣り合うティース１９同士の間にそれぞれ配置されている複数の誘導部である補助極４８を含んでいる。このような各補助極４８は、ステータ１２で生じる回転磁界に含まれる高調波成分であり、後で詳しく説明する空間高調波を、ステータ１２からロータ１４に誘導する機能を有する。また、各補助極４８は、ロータ１４に、ステータ１２に対して、ステータ１２とロータ１４との間の厚さの小さい隙間を介して近接するように設けられている。より好ましくは、補助極４８は、ロータ１４において、ロータ１４の回転中心軸を中心として描かれる仮想の最大外接円にその先端が接するように設けられる。例えば、この最大外接円にティース１９の先端が接する場合に、補助極４８の先端も接するようにする。各補助極４８は、少なくとも一部が磁性材により構成されることで、磁性を有している。例えば、図２、図３に示すように、ロータコア１６の外周面で、周方向に隣り合うティース１９同士の間に設けられた溝部であるスロット５０の底面において、周方向中央部に補助極４８が、それぞれステータ１２側である、径方向外側に突出するように設けられている。各補助極４８は、非磁性材料により構成される根元部５２と、根元部５２の先端側に連結され、磁性材料により構成される先端部５４とを有する。根元部５２は、ロータ１４の径方向に関する内端である根元端をロータコア１６の外周面に一体に結合固定している。このように複数の補助極４８は、ロータコア１６の外周面からステータ１２へ向けて突出するように設けられるとともに、磁性を有する先端部５４と、磁性を有しない根元部５２とからそれぞれ構成されている。また、根元部５２と先端部５４とをそれぞれ周方向に切断した場合の断面形状を略矩形状としている。ただし、根元部５２と先端部５４との形状はこのような例に限定するものではない。
【００２４】
また、図３に示すように、根元部５２の周方向に関する厚さＴ１は先端部５４の周方向に関する厚さＴ２よりも小さくする（Ｔ１＜Ｔ２）ことで、先端部５４と根元部５２との連結部に段差部５６が設けられている。段差部５６は、ロータ１４の径方向内側に向いている。根元部５２は、先端部５４の段差部５６の径方向内側面の周方向中央部に結合されている。すなわち、先端部５４と根元部５２とは、段差部５６を介して連結されている。なお、図３では、ロータ巻線４２ｓ、４２ｎを断面矩形の角線または平角線として示しているが、これに限定するものではなく、例えばロータ巻線４２ｓ、４２ｎを断面丸形の丸線により構成することもできる。また、先端部５４は、例えばロータコア１６を構成する材料と同じ、例えば磁性鋼板、鋼等の磁性材料により形成することができる。これに対して根元部５２は、樹脂やステンレス鋼等の非磁性金属等の非磁性材料により形成されている。
【００２５】
なお、各補助極４８は、磁性材料製のロータコア１６に一体で作成する際に、根元部５２を非磁性化することで形成することもできる。例えば補助極４８とティース１９を含むロータコア１６とを一体で作成した後、ニッケルを供給しつつ行うレーザ照射等により根元部５２を非磁性化することもできる。また、補助極４８を、先端側の磁性材料部分にステンレス鋼等の非磁性材料部分を結合した構成として、補助極４８を他のロータコア１６部分に溶接等で結合することもできる。また、樹脂等の非磁性材料製の根元部５２をティース１９及び先端部５４とは別に作成しておき、根元部５２を他のロータコア１６部分及び先端部５４に係合部等で機械的に結合させることもできる。例えば、補助極４８の根元部５２の根元端に断面積が急に大きくなる拡大部を設けるとともに、ロータコア１６の外周面の根元部５２を結合する部分に孔部を形成し、孔部の奥部に拡大部を係止できる係止部を形成しておき、上記の拡大部を弾性変形させつつ孔部に挿入し、係止部に拡大部を係止することで根元部５２をロータコア１６に結合することもできる。また、同様に、根元部５２に形成した別の拡大部に先端部５４を機械的に結合することもできる。
【００２６】
また、ロータ１４では、図４に模式図で示すように、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９に巻装されるロータ巻線４２ｎ、４２ｓ同士で別のダイオード２１ｎ、２１ｓが接続されており、ステータ１２（図１、図２）で生成された高調波を含む回転磁界が鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓにダイオード２１ｎ、２１ｓで方向を規制された誘導電流が誘導され、各ティース１９が隣り合うティース１９同士で異なる磁極部として磁化する。この場合、図４の矢印αで示す方向に誘導電流による磁束が、ティース１９とロータコア１６とに流れる。
【００２７】
図１に戻って、本実施の形態の回転電機１０は、上記のようなロータ１４と、ロータ１４の径方向外側に対向配置されたステータ１２とにより構成されている。このような回転電機１０によれば、ステータ１２で発生した空間高調波を含む回転磁界によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導電流を生じさせ、ロータ１４にトルクを発生させることができる。すなわち、ステータ１２に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置や、ティース３０及びスロット３１によるステータコア２６の形状に起因して、（基本波のみの）正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、集中巻においては、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが互いに重なり合わないため、ステータ１２の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが３相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の（時間的）３次成分である空間的な２次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置やステータコア２６の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。すなわち、ステータ１２は、磁界を発生させ、その磁界は、高調波成分である空間高調波を含んでいる。また、ロータ１４は、空間高調波によって誘導起電力が生じるようにロータ巻線４２ｎ、４２ｓが巻線されている。また、その誘導起電力によってロータ１４に設けられたティース１９に磁極が生じるように構成されている。また、ロータ１４に設けられた各補助極４８は、空間高調波を、ステータ１２からロータ１４に誘導する。また、各補助極４８は、ステータ１２に近接するように設けられ、かつ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導起電力の発生を大きくするように、空間高調波を誘導するように設けられている。
【００２８】
また、３相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに３相の交流電流を流すことでティース３０に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ１４に作用するのに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、ティース１９がティース３０の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ１４にトルク（リラクタンストルク）が作用する。
【００２９】
さらに、ティース３０に形成された空間高調波を含む回転磁界がロータ１４の各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交すると、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓには、空間高調波によりロータ１４の回転周波数（回転磁界の基本波成分）と異なる周波数の磁束変動が生じる。この磁束変動によって、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流は、各ダイオード２１ｎ，２１ｓにより整流されることで一方向（直流）となる。そして、各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れるのに応じてロータティースである各ティース１９が磁化することで、磁極が（Ｎ極かＳ極のいずれか一方に）固定された磁石が各ティース１９に生じる。前述のように、ダイオード２１ｎ，２１ｓによるロータ巻線４２ｎ，４２ｓの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各ティース１９に生じる磁石は、周方向においてＮ極とＳ極が交互に配置されたものとなる。そして、各ティース１９（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）とティース１９（磁石）の磁界との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）によっても、ロータ１４にトルク（磁石トルクに相当するトルク）を作用させることができ、ロータ１４がステータ１２で生成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動する。このように回転電機１０は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗへの供給電力を利用してロータ１４に動力（機械的動力）を発生させる電動機として機能させることができる。
【００３０】
しかも、本実施の形態の回転電機１０によれば、ステータ１２で生じる磁界に含まれる空間高調波を、ステータ１２からロータ１４に誘導する誘導部である補助極４８が設けられている。このため、空間高調波をロータ１４のロータ巻線４２ｎ、４２ｓに多く鎖交させて、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくできる。このため、結果としてロータ磁力を増加させ、トルクを有効に増大できる回転電機１０を実現することができる。
【００３１】
特に、補助極４８は、ロータ１４のティース１９間に一部が磁性材により構成されるように設けられている。このため、ステータ１２で生成される磁界に含まれ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波を、補助極４８により増大させることができ、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくできる。したがって、ロータ磁力を増加させ、運転領域のほぼ全域等、多くの領域でトルクを有効に増大させることができる。また、補助極４８は、ステータ１２に近接するように設けられ、かつ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導起電力の発生を大きくするように、空間高調波を誘導するように設けられている。このため、回転電機１０のトルクをより有効に増大させることができる。
【００３２】
また、各補助極４８は、ロータコア１６の外周面において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間にステータ１２へ向け突出するように結合されており、非磁性材により構成される根元部５２と、磁性材により構成される先端部５４とを有する。このため、ロータ１４のＳ極となるティース１９からＮ極となるティース１９へ、ロータコア１６を介して内部を通過する磁束が根元部５２で短絡されるのを防止でき、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止できる。このため、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できるので、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流をより増大でき、回転電機１０のトルクをより増大できる。
【００３３】
また、各補助極４８は、根元部５２と、根元部５２に連結され、根元部５２よりも周方向に関する厚さＴ２が大きくなっている先端部５４とを有する。このため、根元部５２の周方向の厚さＴ１を小さくすることで、根元部５２を通過する磁束を飽和させることができる。このため、これによっても、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止でき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できる。したがって、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流を増大でき、回転電機１０のトルクをより増大できる。
【００３４】
これに対して、上記の特許文献１に記載された回転電機の場合、ロータの周方向に隣り合う、ロータ巻線が巻線されたロータティースに対応する突極の間に補助極が設けられていないため、トルクを有効に高くする面から改良の余地がある。すなわち、特許文献１に記載された回転電機の場合も、ステータで生成される回転磁界の高調波成分による磁場変動により、ロータ巻線に誘導電流を生じさせることで、トルクを生じさせる。ただし、空間高調波は、ロータに設けられた、隣り合う突極同士の間の磁気抵抗が高い空間を多く通過するので磁束を必ずしも多くできない可能性がある。このため、ロータのトルクを有効に高くする面から改良の余地がある。
【００３５】
また、上記の特許文献２〜４には、パルス電流の重畳を利用する界磁巻線型同期機が記載されているが、回転磁界に含まれる空間高調波をロータ巻線に多く鎖交させて、トルクを有効に増大できる手段は開示されていない。
【００３６】
また、上記の特許文献５には、ステータコアの内周に複数の主歯を設けるとともに、隣り合う主歯の間のスロット部に副歯を設けており、主歯にコイルを巻回したときにコイルの外周面を副歯と密接するようにしたステータを有する回転電機が記載されている。また、上記の特許文献６には、永久磁石付ロータを備える回転電機において、ステータの巻線ポールの周方向に関するピッチで、いずれかの巻線ポールのピッチと、他の巻線ポールのピッチとが異なるようにしている回転電機が記載されている。ただし、特許文献５，６のいずれに記載された構造も、回転磁界に含まれる空間高調波をロータ巻線に多く鎖交させて、トルクを有効に増大できるものではない。特許文献２〜６に記載された構成で、トルクを高くするために回転電機のコア厚さを大きくすると、回転電機が大型化したり、コスト上昇や重量増大を招く要因となる。また、トルクを高くするためにステータ電流を増加させると、銅損が増加して燃費が低下したり、インバータが大型化して、コスト上昇、重量増大、搭載性及び冷却性悪化を招く要因ともなる。本実施の形態の回転電機１０によれば、上記の不都合をいずれも解消できる。
【００３７】
また、本実施の形態では、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのロータ１４の周方向に関する幅θを上記の（１）式で述べたように規制しているので、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに発生する、回転磁界の空間高調波による誘導起電力を大きくすることができる。すなわち、空間高調波によるロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅（変動幅）は、周方向に関するロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θにより影響を受ける。ここで、周方向に関するロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを変化させながら、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅（変動幅）を計算した結果を図５に示している。図５では、コイル幅θを電気角に換算して示している。図５に示すように、コイル幅θが１８０°から減少するにつれてロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の変動幅が増大しているため、コイル幅θを１８０°よりも小さくする、すなわちロータ巻線４２ｎ，４２ｓを短節巻とすることで、全節巻と比較して、空間高調波による鎖交磁束の振幅を増大させることができる。
【００３８】
したがって、回転電機１０（図１）では、周方向に関する各ティース１９の幅を電気角で１８０°に相当する幅よりも小さくし、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを各ティース１９に短節巻で巻装することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。この結果、ロータ１４に作用するトルクを効率よく増大させることができる。
【００３９】
さらに、図５に示すように、コイル幅θが９０°の場合に、空間高調波による鎖交磁束の振幅が最大となる。したがって、空間高調波によるロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅をより増大させるためには、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θがロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しい（あるいはほぼ等しい）ことが好ましい。このため、ロータ１４の極対数をｐとし、ロータ１４の回転中心軸からロータ巻線４２ｎ，４２ｓまでの距離をｒとした場合に、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、以下の（２）式を満たす（あるいはほぼ満たす）ことが好ましい。
【００４０】
θ＝π×ｒ／（２×ｐ） （２）
【００４１】
このようにすることで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にすることができ、誘導電流により各ティース１９に発生する磁束を最も効率よく増大させることができる。この結果、ロータ１４に作用するトルクをより効率よく増大させることができる。すなわち、幅θが９０°に相当する幅を大きく超えると、互いに打ち消し合う方向の起磁力がロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交しやすくなるが、９０°に相当する幅よりも小さくなるのにしたがって、その可能性が低くなる。ただし、幅θが９０°に相当する幅よりも大きく減少すると、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交する起磁力の大きさが大きく低下する。このため、幅θを約９０°に相当する幅とすることでそのような不都合を防止できる。このため、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、電気角で９０°に相当する幅に略等しくすることが好ましい。
【００４２】
また、回転電機１０では、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す交流電流の位相である、ロータ位置に対する電流進角を制御することで、ロータ１４のトルクを制御することもできる。さらに、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す交流電流の振幅を制御することによって、ロータ１４のトルクを制御することもできる。また、ロータ１４の回転数を変化させてもロータ１４のトルクが変化するため、ロータ１４の回転数を制御することによって、ロータ１４のトルクを制御することもできる。
【００４３】
なお、上記では、各補助極４８のうち、根元部５２が非磁性材料により構成され、先端部５４が磁性材料により構成されるとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくしている。ただし、本実施の形態はこれに限定するものではなく、例えば、各補助極４８の形状を図１〜３に示した形状と同じにしつつ、根元部５２及び先端部５４を含む補助極４８全体を磁性材料により構成することもできる。
【００４４】
一方、各補助極４８の全体を磁性材料により構成しつつ、各補助極４８の周方向に関する厚さを根元部５２と先端部５４とで互いに同じとし、段差部５６（図３）のない形状とすることもできる。ただし、この場合には、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止できず、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できるという効果を得られない。このため、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくできるという効果は、上記の図１〜３に示した構成の場合よりは劣る。ただし、この場合でも、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波を、補助極４８により増大させることができるという効果は得られ、回転電機１０のトルクを大きくできる。
【００４５】
したがって、各補助極４８の全体を磁性材料により構成する場合には、上記の図１〜３の構成のように、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくすることが好ましい。この場合には、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止でき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制でき、回転電機１０のトルクをより向上できる。
【００４６】
一方、各補助極４８のうち、根元部５２を非磁性材料により構成するのであれば、各補助極４８の周方向に関する厚さを根元部５２と先端部５４とで互いに同じとした場合でも、各補助極４８の全体を磁性材料により構成するとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくする場合とほぼ同様に、回転電機１０のトルクを向上できる効果を得られる。すなわち、この構成でも、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止でき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できる。
【００４７】
以上から、本実施の形態において、好ましくは、各補助極４８のうち、先端部５４を磁性材料により構成し、根元部５２を非磁性材料により構成するとともに、各補助極４８の周方向に関する厚さＴ１，Ｔ２を根元部５２と先端部５４とで同じとする。または、各補助極４８の全体を磁性材料により構成するとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくする。さらにより好ましくは、上記の図１〜３の構成のように、各補助極４８のうち、先端部５４を磁性材料により構成し、根元部５２を非磁性材料により構成するとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくする。
【００４８】
次に、補助極４８を設けた本実施の形態の効果を確認するために行ったシミュレーション結果を、本発明から外れた比較例の回転電機のシミュレーション結果とともに説明する。なお、以下では、図１〜図４に示した要素と同等の要素には同一の符号を付して説明する。まず、図６Ａ，図６Ｂで比較例の場合を説明する。図６Ａは、補助極４８を有しない比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。ここで、比較例の回転電機として、上記の図１〜３に示した構成と同様の構成において、ロータ１４の隣り合うティース１９の間に補助極４８を設けていない回転電機を使用した。そしてこの比較例の構成でトルクと回転数との関係を求めるシミュレーションを行った。図６Ａは、その結果を示している。図６Ａで示す「Ｅ１Ａ，Ｅ２Ａ・・・」の表示は、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流であるステータ電流を通電する場合の３相交流電流の実効値が異なることを表しており、Ｅ１，Ｅ２・・・の順に徐々にステータ電流の実効値が小さくなっている。
【００４９】
図６Ａで示すように、比較例の回転電機では、低回転域ではトルクが小さくなっているが、中回転域で最大トルクが大きくなり、中回転から高回転域でトルクが小さくなっている。
【００５０】
また、図６Ｂは、比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力を回転数との関係で示す図である。図６Ｂで付したＥ１Ａ、Ｅ２Ａ・・・等の電流を表す表示の意味は、図６Ａと同様であり、同じ記号では同じステータ電流の実効値を表している（後述する図７Ａ，図７Ｂも同様である。）。図６Ｂにおいて、縦軸は、ロータ起磁力をアンペアターンで表しており、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの巻回数が一定であるので、縦軸はロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導されるロータ誘導電流に対応する。図６Ｂの結果から明らかなように、ロータ起磁力は、回転数の上昇にしたがって、所定回転数までは徐々に上昇する。
【００５１】
これに対して、図７Ａ，図７Ｂは、図１〜図３の本実施の形態の回転電機１０を用いたシミュレーション結果である。図７Ａは、本発明の実施の形態の回転電機１０でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。図６Ａと図７Ａとの比較から明らかなように、本実施の形態では、比較例に比べて、最大トルクが同じステータ電流を通電する場合でも大きく増加し、Ｅ１Ａでは、図６Ａの比較例の最大トルクを１．０とした場合に、図７Ａの本実施の形態の最大トルクで１．０３２となり、約３％増大した。またＦ１min-1の回転数では、図６ＡのＥ１Ａのトルクを１．０とした場合に、図７ＡのＥ１Ａのトルクが１．４５となり、トルクが４５％増大した。また、Ｆ２min-1の回転数では、図６ＡのＥ１Ａのトルクを１．０とした場合に、図７ＡのＥ１Ａのトルクが２．０となり、トルクが２倍に増大した。なお、図６Ａ，図７Ａで縦軸及び横軸の１目盛分はそれぞれで互いに同じ大きさを表している。このように本実施の形態では、比較例に比べてほぼ全域の回転数領域でトルクを増大できることを確認できた。
【００５２】
また、図７Ｂは、本発明の実施の形態の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力を回転数との関係で示す図である。図６Ｂと図７Ｂとを比較すると明らかなように、本実施の形態では、ロータ起磁力を比較例に比べてほぼ全部の回転数領域で大きくでき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じるロータ誘導電流も比較例に比べてほぼ全部の回転数領域で大きくできることを確認できた。なお、図６Ｂ，図７Ｂの縦軸及び横軸の１目盛分はそれぞれで互いに同じ大きさを表している。
【００５３】
次に、図８Ａ〜図８Ｄを用いて補助極４８による効果と、補助極４８の根元部５２を非磁性材により構成する場合の効果とを計算結果により確認する。図８Ａは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓでの空間高調波鎖交磁束を示す図であり、図８Ｂは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスを示す図である。また、図８Ｃは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓでのロータ誘導電流を示す図であり、図８Ｄは、回転電機のトルクを示す図である。いずれの場合も、補助極４８が設けられていない上記で説明した比較例の回転電機と、実施例１及び実施例２の回転電機とで比較した。ここで、実施例１は、上記の図１〜３に示した実施形態で補助極４８が設けられており、かつ、その補助極４８の全部が磁性材により構成されている回転電機である。また、実施例２は、上記の図１〜３に示した実施形態で補助極４８が設けられており、かつ、その補助極４８の先端部５４が磁性材により構成されるが、根元部５２が非磁性材により構成されている回転電機である。図８Ａ〜図８Ｄの縦軸の目盛は、それぞれ鎖交磁束、自己インダクタンス、誘導電流、トルクについて比較例の場合を１とした相対値で表している。
【００５４】
図８Ａから明らかなように、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓでの空間高調波鎖交磁束は、比較例で小さくなり、実施例１，２でいずれも大きくなったが、実施例１は実施例２よりもわずかに大きくなった。また、図８Ｂから明らかなように、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスは補助極４８の全部を磁性材により構成した実施例１で最も大きくなり、比較例と実施例２とでほぼ同等に小さくなった。これは実施例１で補助極４８の根元部５２にティース１９を通過する磁束が短絡することに起因する。また、図８Ｃから明らかなように、ロータ誘導電流は、比較例、実施例１、実施例２の順に徐々に大きくなっている。これは図８Ｂのように、実施例１で自己インダクタンスが増大したことに起因する。また、図８Ｄから明らかなように、ロータ誘導電流の違いに応じて、回転電機のトルクも、比較例、実施例１、実施例２の順に徐々に大きくなっている。このような結果からも、本実施の形態では回転電機１０のトルクを高くできるが、さらに補助極４８の根元部５２が非磁性材により構成されることで、より高い効果を得られることが分かる。
【００５５】
次に、図９Ａ、図９Ｂを用いて回転電機の空間高調波の磁束線のシミュレーション結果を説明する。図９Ａ、図９Ｂは、それぞれ空間高調波の磁束線を示す略図であり、図９Ａは、上記で説明した比較例の場合を、図９Ｂは、上記の図１〜３に示した実施の形態の場合を、それぞれ示している。なお、図９Ａでは、補助極４８のような形状が示されているが、シミュレーション結果では補助極４８がないとして計算している（後述する図１０Ａも同様である）。図９Ａ，図９Ｂのいずれの場合も、ロータ１４とステータ１２との位相関係は同一としている。この場合、Ｉ部で示す補助極４８に対応する位置に、ステータ１２のティース３０が対向している。
【００５６】
このシミュレーション結果から、補助極４８を設けている図９Ｂに示す本実施の形態では、補助極４８がない図９Ａの比較例に比べて、空間２次高調波の磁束線が補助極４８を通過するようにロータ巻線４２ｎ、４２ｓに多く鎖交することが分かる。なお、図９Ｂでは、補助極４８がスロット５０の底部から離れるように配置されているが、本実施の形態をこのように構成することもでき、その場合、例えば、補助極４８をロータ１４の軸方向両端に設けた金属板やエンドプレート等により軸方向端部で結合することにより構成する。
【００５７】
次に、図１０Ａ〜図１０Ｃを用いて回転電機のロータ誘導電流による磁束線のシミュレーション結果を説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、それぞれロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図であり、図１０Ａは、上記で説明した比較例の場合を、図１０Ｂは図１〜３に示した実施の形態において、補助極４８の根元部５２を磁性材製とした実施例１の場合を、図１０Ｃは、実施の形態において、補助極４８の根元部５２を非磁性材製とした実施例２の場合を、それぞれ示している。図１０Ａ〜図１０Ｃのいずれの場合も、ロータ１４とステータ１２との位相関係は同一としている。この場合、図１０ＡのＭ１、Ｍ２でそれぞれ示すステータ１２のティース３０と、ロータ１４のティース１９とが一部で径方向に対向している。このシミュレーション結果から、図１０Ｂに示す実施例１では、補助極４８の根元部５２が磁性材により構成されているので、Ｍ３で示す根元部５２に多くの磁束が通過している。このため、補助極４８を短絡する磁束によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓのインダクタンスが増加していることが分かる。
【００５８】
これに対して、図１０Ａに示す補助極４８がない比較例、及び、図１０Ｃに示す補助極４８の根元部５２を非磁性材により構成した実施例２では、実施例１のように補助極４８を短絡する磁束がないので、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのインダクタンスの増加を実施例１に比べて抑制できることが分かる。結果として、空間２次高調波のロータ巻線４２ｎ、４２ｓに対する鎖交磁束を大きくできるとともに、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのインダクタンスの増加を抑制できる図１０Ｃに示す実施例２によれば、回転電機１０のトルクをより大きくできることが分かる。
【００５９】
次に図１１〜１４を用いて、本実施の形態の回転電機を含んで構成する回転電機駆動システム３４の１例を説明する。なお、図１１〜１４の回転電機駆動システム３４は、上記の回転電機１０のｑ軸電流にパルス電流を重畳させることにより、上記のトルクの増大効果に加えて、さらに低回転領域でのトルクの増大を図ることを目的として考えられたものである。
【００６０】
図１１は、回転電機駆動システム３４の概略構成を示す図である。回転電機駆動システム３４は、回転電機１０と、回転電機１０を駆動する駆動部であるインバータ３６と、インバータ３６を制御する制御装置３８と、電源部である蓄電装置４０とを備え、回転電機１０を駆動する。回転電機１０の構成自体は、上記の図１〜３に示した回転電機１０と同様である。なお、以下の説明では、図１〜３に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００６１】
蓄電装置４０は、直流電源として設けられ、充放電可能であり、例えば二次電池により構成する。インバータ３６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のアームＡｕ，Ａｖ，Ａｗを備え、各相アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗは、それぞれ２のスイッチング素子Ｓｗを直列に接続している。スイッチング素子Ｓｗは、トランジスタ、ＩＧＢＴ等である。また、各スイッチング素子Ｓｗに逆並列にダイオードＤｉを接続している。さらに、各アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗの中点は、回転電機１０を構成する対応する相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの一端側に接続されている。ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗにおいて、同じ相のステータ巻線同士は互いに直列に接続され、異なる相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗが中性点で接続されている。
【００６２】
また、蓄電装置４０の正極側及び負極側は、インバータ３６の正極側と負極側とにそれぞれ接続されており、蓄電装置４０とインバータ３６との間にコンデンサ６８が、インバータ３６に対し並列に接続されている。制御装置３８は、例えば車両のアクセルペダルセンサ（図示せず）等から入力される加速指令信号に応じて回転電機１０のトルク目標を算出し、トルク目標等に応じた電流指令値に応じて各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作を制御する。制御装置３８には、３相のうち、少なくとも２相のステータ巻線（例えば２８ｕ、２８ｖ）側に設けられた電流センサ７０で検出された電流値を表す信号と、レゾルバ等の回転角度検出部８２（図１２）で検出された回転電機１０のロータ１４の回転角度を表す信号とがそれぞれ入力される。制御装置３８は、ＣＰＵ，メモリ等を有するマイクロコンピュータを含むもので、インバータ３６のスイッチング素子Ｓｗのスイッチングを制御することにより、回転電機１０のトルクを制御する。制御装置３８は、機能ごとに分割された複数の制御装置により構成することもできる。
【００６３】
このような制御装置３８は、インバータ３６を構成する各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作により蓄電装置４０からの直流電力を、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の交流電力に変換して、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの各相に対応する相の電力を供給することを可能とする。このような制御装置３８によれば、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す交流電流の位相（電流進角）を制御することで、ロータ１４（図１〜３）のトルクを制御できる。回転電機駆動システム３４は、例えば、車両用走行動力発生装置として、エンジンと走行用モータとを駆動源として備えるハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載して使用される。なお、蓄電装置４０とインバータ３６との間に電圧変換部であるＤＣ／ＤＣコンバータを接続して、蓄電装置４０の電圧を昇圧してインバータ３６に供給可能とすることもできる。
【００６４】
図１２は制御装置３８のうち、インバータ制御部の構成を示す図である。制御装置３８は、図示しない電流指令算出部と、減少パルス重畳手段７２と、減算部７４，７５と、ＰＩ演算部７６，７７と、３相／２相変換部７８と、２相／３相変換部８０と、回転角度検出部８２と、図示しないＰＷＭ信号生成部及びゲート回路とを含む。
【００６５】
電流指令算出部は、予め作成されたテーブル等にしたがって、ユーザから入力される加速指示に応じて算出される回転電機１０のトルク指令値に応じて、ｄ軸、ｑ軸に対応する電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。ここで、ｄ軸とは、回転電機１０の周方向に関してロータ巻線４２ｎ、４２ｓの巻回中心軸方向である磁極方向をいい、ｑ軸とはｄ軸に対し電気角で９０度進んだ方向をいう。例えば、上記の図１に示すようにロータ１４の回転方向が規定される場合、ｄ軸方向、ｑ軸方向は、図１に矢印で示したような関係で規定される。また、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、それぞれｄ軸電流成分の指令値であるｄ軸電流指令値、ｑ軸電流成分の指令値であるｑ軸電流指令値である。このようなｄ軸、ｑ軸を用いて、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流をベクトル制御により決定することが可能となる。
【００６６】
３相／２相変換部７８は、回転電機１０に設けられた回転角度検出部８２により検出された回転電機１０の回転角度θと、電流センサ７０により検出された２相の電流（例えばＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ、Ｉｗ）とから、２相の電流であるｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑとを算出する。なお、電流センサ７０により２相の電流しか検出していないのは、２相の電流の和が０となるため、１相の電流は算出で求めることができるからである。ただし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出し、その電流値からｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを算出することもできる。
【００６７】
減少パルス重畳手段７２は、減少パルス電流を生成する減少パルス生成部８４と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に一定周期で減少パルス電流Ｉｑｐ＊を重畳させる、すなわち加算して、加算後の重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊を対応する減算部７５に出力する加算部８６とを有する。また、ｄ軸に対応する減算部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と３相／２相変換部７８で変換されたｄ軸電流Ｉｄとの偏差δＩｄを求めて、ｄ軸に対応するＰＩ演算部７６に偏差δＩｄを入力する。
【００６８】
また、ｑ軸に対応する減算部７５は、重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と３相／２相変換部７８で変換されたｑ軸電流Ｉｑとの偏差δＩｑを求めて、ｑ軸に対応するＰＩ演算部７７に偏差δＩｑを入力する。ＰＩ演算部７６，７７は、それぞれに入力された偏差δＩｄ，δＩｑについて、所定ゲインによるＰＩ演算を行って制御偏差を求め、制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。
【００６９】
２相／３相変換部８０は、ＰＩ演算部７６，７７から入力された各電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基づいて、回転電機１０の回転角度θから得られた、１．５制御周期後に位置すると予測される予測角から、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、図示しないＰＷＭ信号生成部でＰＷＭ信号に変換され、ＰＷＭ信号は、図示しないゲート回路に出力される。ゲート回路は、制御信号を印加するスイッチング素子Ｓｗを選択することにより、スイッチング素子Ｓｗのオンオフを制御する。このように、制御装置３８は、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流れるステータ電流をｄｑ軸座標系に変換してｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分とし、フィードバック制御を含むベクトル制御により、目標トルクに対応する各相のステータ電流が得られるようにインバータ３６を制御する。
【００７０】
図１３Ａは、図１１の回転電機駆動システムにおけるステータ電流の時間的変化の１例を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と各相電流とで示す図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに対応するロータ起磁力の時間的変化を示す図であり、図１３Ｃは、図１３Ａに対応するモータトルクの時間的変化を示す図である。なお、図１３Ａ，図１３Ｂ，図１３Ｃでは、シミュレーション結果を示しており、かつ、極短い時間を時間的に拡大、すなわち各図の横方向に拡大して示している。したがって、実際には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流は、それぞれ回転電機の駆動時に正弦波となるが、図１３Ａでは、パルス電流を重畳させる前後で直線状として表している。
【００７１】
図１３Ａに示すように、図１２に示した減少パルス重畳手段７２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊のみに減少パルス電流を重畳させる。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、トルク指令に対応して算出される一定値である。このようにｑ軸電流指令値Ｉｑ＊には、減少パルス重畳手段７２により、一定周期で、パルス状に減少してから増大する電流指令が重畳される。なお、パルス電流は、図１３Ａのように矩形波状として指令した場合でも、実際には応答性の遅れにより破線βで示すように曲線を組み合わせたパルス状となる場合がある。また、減少パルス電流のパルス状波形は、矩形波でも、三角波でも、複数の曲線や直線から突起状に形成された波形でも、いずれでもよい。
【００７２】
このように減少パルス電流を重畳させる場合、例えば、１相のステータ巻線に最大の電流が流れる場合であり、残りの２相に均等に電流が流れてその和が１相に流れる場合でも、電流の絶対値が減少するようになる。例えば、図１３Ａでは、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに最大の電流が流れる場合であり、残りのＵ相、Ｖ相の２相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖに均等に電流が流れてその和がＷ相に流れる場合を示している。この場合、矢印γは、電流制限範囲を示しており、破線Ｐ，Ｑは設計上要求される電流の許容限界である。すなわち、インバータ３６の容量等の各部品の関係から、破線Ｐ、Ｑの間に電流値が収まることが要求されている。これに対して、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに流れる電流値は許容限界付近に位置する。この場合、減少パルス電流の重畳で、各相電流値の絶対値が小さくなるが、電流変化に応じてステータ１２で生じる回転磁界に含まれる空間高調波成分の磁束変化が大きくなる。このため、図１３Ｂに示すようにロータ起磁力が大きくなり、図１３Ｃに示すようにモータトルクが大きくなる。また、正側のＵ相、Ｖ相のパルス電流のピークは低下し、負側のＷ相のパルス電流のピークは上昇するため、各相電流を電流制限範囲（図１３Ａの矢印γ範囲）に収めることができる。
【００７３】
これについて、図１４を用いてさらに詳しく説明する。図１４は、図１１の回転電機駆動システムにおいて、ｑ軸電流を一定値とした場合（ａ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の前期（ｂ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の後期（ｃ）とで、ステータとロータとに磁束が通過する様子を示す模式図である。図１４では、いずれも各相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを巻装したティース３０がロータ巻線４２ｎ、４２ｓを巻装したティース１９に径方向に対向していないで、１のティース３０がロータ１４の周方向に関して隣り合う２のティース１９の間の中央位置に対向する。この状態で、図１４の実線矢印Ｒ１、破線矢印Ｒ２で示すように、ステータ１２とロータ１４とに流れる磁束はｑ軸磁束である。
【００７４】
図１４（ａ）は、図１３Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊が一定値であるＡ１の状態に対応し、図１４（ｂ）は、図１３Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊に減少パルス電流が発生している前期、すなわち、Ｉｑｓｕｍ＊が急激に減少するＡ２の状態に対応するものである。また、図１４（ｃ）は、図１３Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊に減少パルス電流が発生している後期、すなわち、Ｉｑｓｕｍ＊が急激に増大するＡ３の状態に対応するものである。
【００７５】
まず、図１４（ａ）に示すように、減少パルス電流が発生する以前の重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊が一定値である状態では、実線矢印Ｒ１で示すように、Ｗ相のティース３０からＡ，Ｂのティース１９の間の空間を介してＡ、Ｂのティース１９を通過し、Ｕ相、Ｖ相のティース３０に磁束が流れる。この場合、Ｕ相、Ｖ相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに正の電流が流れ、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに負の大きな電流が流れている。ただし、この場合には各ティース３０を通過する基本波による磁束の変化は生じない。
【００７６】
これに対して、図１４（ｂ）に示すように、減少パルス電流が発生している前期、すなわちｑ軸電流が急激に減少する状態では、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを流れる電流の絶対値が減少する方向に変化して、見かけ上は、破線矢印Ｒ２で示すように、図１４（ａ）からの変化で磁束が逆方向に流れるようになる。なお、この磁束の変化は、実際に図１４（ａ）とは逆方向に磁束が流れるようにステータ電流値の正負が逆転してもよい。いずれにしても、Ａのティース１９でＮ極がＳ極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れようとし、その図１４（ｂ）の矢印Ｔ方向の流れはダイオード２１ｎでブロックされることがない。これに対して、Ｂのティース１９でＳ極を強める方向に磁束が流れ、それを妨げる方向、すなわちＢのティース１９をＮ極にしようとする方向にロータ巻線４２ｓに誘導電流が流れようとするが、その向きの流れはダイオード２１ｓでブロックされるため、Ｂでは電流は流れない。
【００７７】
続いて、図１４（ｃ）に示すように、減少パルス電流が発生している後期、すなわちｑ軸電流が急激に増大する状態では、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを流れる電流の大きさが増大する方向に変化して、実線矢印Ｒ１で示すように、図１４（ｂ）から磁束が逆方向に流れるようになる。この場合、Ａのティース１９でＮ極を強める方向に磁束が流れ、それを妨げる方向、すなわちＡのティース１９をＳ極にしようとする方向（ダイオード２１ｎと逆方向のＸ方向）にロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れようとするが、図１４（ｂ）ですでに電流が流れているので、その電流は少なくともある時間の間で徐々に減少する。また、Ｂのティース１９でＳ極がＮ極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線４２ｓに誘導電流が流れようとし、その図１４（ｃ）の矢印Ｙ方向の流れはダイオード２１ｓでブロックされることがない。この結果、図１３Ｂ、図１３ＣのＢ２部に示すようにｑ軸電流の減少パルス重畳によりロータ起磁力が増大し、モータトルクが増大する。
【００７８】
また、減少パルス電流が０になり再び図１４（ａ）の状態に戻ると、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流は徐々に低下するが、減少パルス電流を周期的に重畳させることでトルクの増大効果を得られることとなる。なお、上記の説明では、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに流れる電流が最大となるときに減少パルス電流を重畳させる場合を説明したが、Ｕ相、Ｖ相の場合も同様である。
【００７９】
このような回転電機駆動システム３４によれば、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに過大な電流が流れることを防止しつつ、全域のトルクを増大でき、さらに低回転領域のトルクをより増大できる回転電機１０を実現できる。例えば、複数相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗが３相のステータ巻線である場合に、１相（例えばＷ相）のステータ巻線に対するパルス電流重畳前に、１相（例えばＷ相）に流れる電流の絶対値が他の相（例えばＵ相、Ｖ相）のステータ巻線を流れる電流の絶対値よりも高い場合でも、減少パルス電流の重畳で、全部の相に流れる電流の絶対値をパルス状に下げつつロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流を大きくすることができる。このため、すべてのステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流であるステータ電流のピークを抑えつつ、低回転領域でも回転電機１０のトルクを大きくすることができる。しかも、補助極４８（図１〜３）により、ステータ１２で生成される磁界に含まれ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波をステータ１２からロータ１４に誘導することができ、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流をより大きくして、低回転領域でのトルクをより増大できる。また、ロータ１４側に磁石を設ける必要がないため、磁石レス化と高トルク化とを図れる。
【００８０】
また、図１３Ａに示すように、ｑ軸電流指令に減少パルス電流を重畳させることにより、１相、例えばＷ相のステータ巻線２８ｗを流れる電流の絶対値が大きくパルス状に減少するようにしているが、このようにパルス状に変化する電流のピーク先端は０付近に位置するようにする場合に限定しない。例えば、Ｗ相のステータ巻線２８ｗを流れる負の電流が、０付近まで上昇した後、正側に大きくなるように重畳後ｑ軸電流指令Ｉｑｓｕｍ＊の減少パルス電流の減少幅Ｅ（図１３Ａ）を大きくすることもできる。この場合でもステータ電流を過度に大きくすることなく、空間高調波によるｑ軸磁束の変化量を大きくすることができ、トルクの増大を図れる。
【００８１】
これに対して、上記の特許文献２に記載された同期機の場合、パルス電流によってロータで電磁石を形成しているが、ロータの外周部に径方向にまたがるようにロータ巻線を設けており、ロータ巻線に１の整流素子を接続することでロータの径方向反対側に異なる２の磁極を形成している。このため、ｑ軸電流にパルスを重畳させても２の磁極を形成するための誘導電流が互いに打ち消しあいロータ巻線に誘導電流を発生させることができない。すなわち、この構成では、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させて、トルクを発生させることはできない。
【００８２】
また、上記の特許文献３に記載された同期機の場合、ｄ軸電流とｑ軸電流とにパルス状に増大してから減少する増加パルス電流を重畳させているので、ステータ巻線に流れる電流のピークが過度に上昇する可能性がある。また、上記の特許文献４に記載された同期機の場合、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現することを目的として、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させる手段は開示されていない。
【００８３】
例えば、図１５は、図１１〜１４の構成とは異なる例であって、ステータ電流に増加パルス電流を重畳させる場合の回転電機駆動システムにおいて、Ｕ相のステータ巻線に流す電流（ステータ電流）と、ロータ巻線に生じる誘導電流（ロータ誘導電流）との１例を示す図である。この例では、減少パルス電流の代わりに増加パルス電流を重畳させる以外は、上記の図１１〜１４の構成と同様とする。図１５に示すように、この例では、正弦波のステータ電流にパルス状に増大してから減少する増加パルス電流を重畳させている。この場合、矢印Ｃ１で示すようにステータ電流が急上昇することで、矢印Ｄ１で示すように、ロータ誘導電流が電磁誘導の原理にしたがって急激に減少している。その後、矢印Ｃ２で示すように、ステータ電流が急低下することで、ロータ誘導電流が増大している。この原理により、３相のステータ巻線のうち、いずれかの相に流れる電流は増大する。このため、所望のトルクを発生させるために大きな電流パルスを重畳させることが必要になる場合がある。この場合、ｄ軸電流に増加パルス電流を重畳させている。このため、電流のピーク値が過大となり、設計上要求されるインバータ電流制限を越える可能性がないとはいえない。
【００８４】
これに対して、上記の図１１〜１４の構成によれば、ステータ電流が過大となることを防止できる、すなわち、電流のピーク値が過大となることを防止できるので、上記の不都合をいずれも解消できる。なお、上記の図１５に誘導電流を示した例でも上記の図１〜３に示した実施形態の回転電機１０を使用することもできる。例えば、ステータ電流の電流ピーク値が上昇した場合でもインバータの電流制限を超えないようにすることもできる。
【００８５】
また、上記の図１〜図３の本実施の形態によれば、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓ同士で順方向が逆になる整流素子である、ダイオード２１ｎ、２１ｓに接続し、各ダイオード２１ｎ、２１ｓは、該誘導起電力の発生によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を整流することで、該周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせている。これに対して、図１６に示すように本実施の形態とは異なる別の実施形態も考えられる。図１６は、別の実施形態において、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させた場合の変化を示すロータの模式図である。
【００８６】
図１６の別の実施形態では、ロータ１４の周方向複数個所に設けたティース１９にロータ巻線８８ｎ、８８ｓを巻装するとともに、隣り合うロータ巻線８８ｎ、８８ｓ同士をダイオード９０を介して接続し、各ロータ巻線８８ｎ、８８ｓに流れる電流により生成される磁極部である、ティース１９の磁気特性を交互に異ならせている。また、図１６の例でもロータ１４に上記の図１〜３の実施形態と同様に補助極を設けているが、この補助極の図示は省略している。この別の実施形態では、図１６の破線矢印で示すようにｑ軸電流にパルス電流を重畳させることによる空間高調波のｑ軸磁束が流れる場合に、（ａ）でＮ極とＳ極との両方がＳ極になろうとして電流が流れようとするが、その電流がＮ極側とＳ極側とで互いに打ち消し合ってしまう。また、（ａ）とは逆方向にｑ軸磁束が流れる場合でも、（ｂ）でＮ極とＳ極との両方がＮ極になろうとして電流が流れようとするが、その電流がＮ極側とＳ極側とで互いに打ち消し合ってしまう。このため、図１６の別の実施形態では、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させても、ロータ巻線８８ｎ、８８ｓに電流を誘導することができない。これに対して、上記の図１〜３に示した実施の形態では、上記のようにｑ軸電流にパルス電流を重畳させることによりトルクの増大効果を得られる。ただし、上記の図１６に示した実施形態でも、ステータ巻線に電流を流すためのｄ軸電流指令に、パルス状に増加させる増加パルス電流を重畳させる等により、ロータ１４にトルクを発生させることはできる。
【００８７】
なお、図１１〜１４に示した本実施の形態では、制御装置３８がｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段７２を有し、ｄ軸電流にはパルス電流を重畳しない場合を説明した。ただし、制御装置３８は、減少パルス重畳手段７２を有するとともに、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるのと同時に、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流、すなわちパルス状に急激に増大してから急激に減少するパルス電流を重畳させる増加パルス重畳手段を有するようにすることもできる。すなわち、回転電機駆動システムとして、制御部は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるとともに、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊にパルス状に増加させる増加パルス電流を重畳させる減少増加パルス重畳手段を有する構成とすることもできる。
【００８８】
この構成によれば、各相のステータ電流を電流制限範囲に収めつつ、ｄ軸電流により生成されるｄ軸磁路を通過する磁束の変動量を大きくできるので、ロータ１４での誘導電流をより大きくして回転電機１０のトルクをより有効に増大できる。すなわち、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに過大な電流が流れることを防止しつつ、全域のトルクを増大でき、さらに低回転領域のトルクをより増大できる回転電機１０を実現できる。より詳しくは、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に対する減少パルス電流及びｄ軸電流指令Ｉｄ＊に対する増加パルス電流の重畳で、すべての相の電流を、要求される電流制限範囲内に収めつつ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流を大きくできる。しかも、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流を重畳させるので、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊により生成されるｄ軸磁路を通過する磁束の変動量を大きくできる。ｄ軸磁路は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に対応するｑ軸磁路よりも空隙を通過するのを少なくできるので磁気抵抗が低くなり、ｄ軸磁束の変動量を大きくすることは、トルクの増大に有効である。したがって、すべての相のステータ電流のピークを抑えつつ、低回転領域でもロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくでき、回転電機１０のトルクを大きくすることができる。しかも、補助極４８により、ステータ１２で生成される回転磁界に含まれ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波を増大させることができ、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流をより大きくして、低回転領域での回転電機１０のトルクをより増大できる。
【００８９】
また、図１１〜１４に示した実施の形態では、減少パルス重畳手段７２は、回転電機１０のトルク及び回転数により規定される予め定められる所定領域にある場合にのみ、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるようにすることもできる。例えば、回転電機１０のトルクが予め設定された所定トルク以上である場合にのみ、減少パルス重畳手段７２は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるようにすることもできる。
【００９０】
また、図１７は、図１１〜１４に示した回転電機駆動システムにおいて、パルス電流の重畳状態を変化させる例を説明するための回転電機の回転数とトルクとの関係を示す図である。すなわち、図１７に示す例では、回転電機１０の回転数及びトルクの範囲、またはトルクの範囲に応じて、パルス電流の重畳方式を３段階で変化させることもできる。図１７では、パルス電流を重畳させない回転電機駆動システムを用いた場合の回転電機１０の回転数とトルクとの関係を示している。このため、矢印Ｚで示す回転数の低い範囲では、回転電機１０のトルクが低下しており、図１７の斜線部でトルクを増大することが望まれることが分かる。これに対して、上記のように制御部が減少増加パルス重畳手段を有する構成において、パルス電流の重畳方式を３段階で変化させる実施の形態によりこの不都合を解消することもできる。この実施形態では、図１７のＨ１領域、Ｈ２領域及びＨ３領域において、トルクと回転数との関係が規定される場合に、それぞれの領域に対応して異なる方式でパルス電流をｄ軸電流及びｑ軸電流の少なくとも一方に重畳させる。
【００９１】
まず、Ｈ１領域にある場合、すなわち、予め定めたロータ１４の所定回転数（Ｊmin-1）以下において、回転電機１０の出力トルクが閾値（Ｋ１Ｎｍ）以下では、減少増加パルス重畳手段は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流Ｉｄｐ＊を重畳させるが、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊には減少パルス電流を重畳させない増加パルス方式を実行する。このように電流制限から余裕がある場合に、ｄ軸磁束の変化のみを使用する増加パルス方式で効率よくロータ電流を誘導できる。
【００９２】
これに対して、Ｈ２領域にある場合、すなわち、ロータ１４の所定回転数（Ｊmin-1）以下において、回転電機１０の出力トルクが閾値（Ｋ１Ｎｍ）を超えて第２閾値（Ｋ２Ｎｍ）以下である場合、減少増加パルス重畳手段は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流Ｉｄｐ＊を重畳させるとともに、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流Ｉｑ＊を重畳させる減少増加パルス方式を実行する。このように電流制限からの余裕が小さくなる場合には、ｄ軸磁束の変化とともにｑ軸磁束の変化を使用する増加減少パルス方式で、電流制限の範囲内でロータ電流を誘導できる。
【００９３】
また、Ｈ３領域にある場合、すなわち、ロータ１４の所定回転数（Ｊmin-1）以下において、回転電機１０の出力トルクが閾値（Ｋ２Ｎｍ）を超える場合、減少増加パルス重畳手段は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流Ｉｑｐ＊を重畳させるが、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊には増加パルス電流を重畳させない減少パルス方式を実行する。このように電流制限により近くなる場合には、ｑ軸磁束の変化のみを使用する減少パルス方式を用いるので、各相ステータ電流をいずれも電流制限範囲の中央側に変化させて、電流増加を防止しつつトルクの増大を図れる。
【００９４】
なお、Ｈ１領域、Ｈ２領域及びＨ３領域の３段階で、パルス電流の重畳方式を変化させる場合を説明したが、Ｈ１領域及びＨ２領域の２段階で、パルス電流の重畳方式を変化させることもできる。この場合、減少増加パルス重畳手段は、予め定めたロータ１４の所定回転数以下において、出力トルクが閾値以下でｄ軸電流指令に増加パルス電流を重畳させるが、ｑ軸電流指令には減少パルス電流を重畳させない増加パルス方式を実行し、出力トルクが閾値を超えると、ｄ軸電流指令に増加パルス電流を重畳させるとともに、ｑ軸電流指令に減少パルス電流を重畳させる減少増加パルス方式を実行する。
【００９５】
なお、上記では、回転電機駆動システム３４を構成する制御装置３８が、ｑ軸電流やｄ軸電流にパルス電流を重畳させる場合を説明した。ただし、上記の図１〜３に示した実施形態の回転電機１０を含む回転電機駆動システムでは、このような減少パルス重畳手段や減少増加パルス重畳手段を設けないで、単にインバータを駆動する機能を有する構成も採用できる。
【００９６】
次に、上記の実施形態の回転電機の他の構成例について説明する。以下に示すように、本発明では、種々の回転電機の構成例に適用できる。
【００９７】
例えば上記の図１〜３に示した実施形態では、ロータ１４が、周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｎ同士を電気的に直列接続し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｓ同士を電気的に直列接続した構成を説明した。ただし、図１８に示すように、それぞれロータティースであり、磁極部である各ティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓのそれぞれにダイオード２１ｎ、２１ｓを１ずつ接続し、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓが互いに電気的に分断されているロータ１４を含む回転電機でも、各ティース１９間に補助極４８を設けることもできる。すなわち、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間のスロット５０底部の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。その他の構成は、上記の図１〜３に示した実施形態と同様である。
【００９８】
また、図１９に示すように、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓをトロイダル巻きにすることもできる。図１９に示す構成例では、ロータコア１６は環状コア部９２を含み、それぞれロータティースである各ティース１９は、環状コア部９２から径方向外側へ（ステータ１２へ向けて）突出している。また、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間のスロット５０底部の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。
【００９９】
また、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、環状コア部９２における各ティース１９付近の位置にトロイダル巻きで巻装されている。図１９に示す構成例でも、ステータ１２で形成された空間高調波を含む回転磁界が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が流れ、各ティース１９が磁化する。その結果、ロータ巻線４２ｎ付近に位置するティース１９がＮ極として機能し、ロータ巻線４２ｓ付近に位置するティース１９がＳ極として機能する。その際には、周方向に関する各ティース１９の幅θをロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各ティース１９の幅θを、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく（あるいはほぼ等しく）することが好ましい。なお、図１９では、図１に示す構成例と同様に、周方向に隣接するロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｎ同士を電気的に直列接続し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｓ同士を電気的に直列接続した例を示している。ただし、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓをトロイダル巻にした例においても、図１８に示す構成例と同様に、各ティース１９付近に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断することもできる。その他の構成は上記の実施形態と同様である。
【０１００】
また、上記の実施形態では、例えば図２０に示すように、各ティース１９に共通のロータ巻線４２を巻装することもできる。図２０に示す構成例では、ロータ巻線４２がダイオード２１を介して短絡されていることで、ロータ巻線４２に流れる電流の方向がダイオード２１により一方向（直流）に整流される。各ティース１９に巻装されたロータ巻線４２は、周方向に隣接するティース１９同士で磁化方向が互いに逆方向となるように、周方向に隣接するティース１９に巻装された部分の巻き方向が互いに逆方向である。また、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間のスロット５０底部の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。
【０１０１】
図２０に示す構成例では、ステータ１２で形成された回転磁界で例えばステータ電流のｄ軸指令にパルス電流を重畳させる等により、ロータ巻線４２に変動磁束が鎖交し、それによりロータ巻線４２にダイオード２１で整流された直流電流が流れて各ティース１９が磁化する結果、各ティース１９が磁極の固定された磁石として機能する。その際には、周方向に隣接するティース１９同士で異なる磁極の磁石が形成される。図２０に示す構成例によれば、ダイオード２１の数を１つに減らすことができる。その他の構成は、上記の図１〜３の実施形態と同様である。
【０１０２】
また、別の実施形態として、図２１に示すように、ロータコア１６の外周面の複数個所に固定した永久磁石９４にロータ巻線４２ｎ、４２ｓを巻装することもできる。本構成例の回転電機を構成するロータ１４では、ロータコア１６に磁気的突極特性を持たせず、ロータコア１６の外周面の周方向複数個所に永久磁石９４を固定している。また、各永久磁石９４の周囲にロータ巻線４２ｎ，４２ｓを巻装している。本構成例では、ロータ１４の周方向複数個所の、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの内側と周方向に一致する部分を磁極部としている。永久磁石９４は、ロータ１４の径方向に着磁させるとともに、その着磁方向を、ロータ１４の周方向に隣り合う永久磁石９４同士で異ならせている。図２１において、永久磁石９４の上に配置された実線矢印は、永久磁石９４の磁化方向を表している。また、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。
【０１０３】
また、各永久磁石９４に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、互いに電気的に接続されておらず分断（絶縁）されている。そして、電気的に分断された各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓを、隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓ同士で異なる極性を有するダイオード２１ｎ、２１ｓで短絡している。その他の構成は上記の図１〜３に示した実施形態と同様である。
【０１０４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記では、ステータの径方向内側にロータが対向配置された場合を説明したが、ステータの径方向外側にロータが対向配置された構成でも本発明を実施できる。また、ステータ巻線はステータに集中巻きで巻線する場合を説明したが、例えばステータで空間高調波を含む回転磁界を生成できるのであればステータにステータ巻線を分布巻きで巻線する構成でも本発明を実施できる。また、上記の各実施形態では、磁気特性調整部をダイオードとした場合を説明したが、ロータ巻線に発生する誘導起電力によって前記複数のロータティースまたはロータ巻線の内側に生じる磁気特性を周方向で異ならせる機能を有するものであれば、他の構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ ロータコア、１９ ティース、２１，２１ｎ，２１ｓ ダイオード、２２ 回転軸、２６ ステータコア、２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ ステータ巻線、３０ ティース、３１ スロット、３４ 回転電機駆動システム、３６ インバータ、３８ 制御装置、４０ 蓄電装置、４２ ロータ巻線、４２ｎ 第１ロータ巻線、４２ｓ 第２ロータ巻線、４４ 第１ロータ巻線回路、４６ 第２ロータ巻線回路、４８ 補助極、５０ スロット、５２ 根元部、５４ 先端部、５６ 段差部、６８ コンデンサ、７０ 電流センサ、７２ 減少パルス重畳手段、７４，７５ 減算部、７６，７７ ＰＩ演算部、７８ ３相／２相変換部、８０ ２相／３相変換部、８２ 回転角度検出部、８４ 減少パルス生成部、８６，８７ 加算部、８８ｎ，８８ｓ ロータ巻線、９０ ダイオード、９２ 環状コア部、９４ 永久磁石。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転磁界を生じさせる固定子を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に記載されているように、回転子であるロータにコイルであるロータ巻線を設けるとともに、固定子であるステータで発生した起磁力に生じる高調波成分である空間高調波を含む磁界によりロータ巻線に誘導電流を生じさせ、ロータにトルクを発生させる回転電機が知られている。特許文献１に記載された回転電機は、ステータと、ステータの径方向内側に配置されたロータとを備える。ステータは、ステータコアの周方向複数個所に設けられたティースを備える。ステータのティースに複数相のステータ巻線が集中巻きで巻装されている。複数相のステータ巻線に複数相の交流電流を流すことでステータに、周方向に回転する回転磁界を生成することができる。
【０００３】
また、ロータは、ロータコアの周方向複数個所に設けられた突極を備える。各突極にロータ巻線が巻装されている。各ロータ巻線は、１つ置きに隣り合う突極に巻回されるロータ巻線同士で直列に接続されるが、ロータの周方向に隣り合うロータ巻線同士では電気的に分断されており、分断されたロータ巻線毎にダイオードが接続されている。ロータの周方向に隣り合うロータ巻線に接続されたダイオードは、互いに逆向きに対応するロータ巻線に接続され、隣り合うロータ巻線で流れる電流の向きが逆になる。これにより、各ロータ巻線にダイオードの整流方向に応じた直流電流が流れると、上記周方向に隣り合う突極同士で磁気方向が逆になり、ロータの周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように各突極に磁石が形成される。
【０００４】
このような回転電機では、突極がステータの回転磁界と相互作用してロータにトルクが作用する。また、ステータにより形成される磁界の高調波成分を利用してロータに作用するトルクを効率よく増大させることができる。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２〜６がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７９１６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１８５０８２号公報
【特許文献３】特開２０１０−９８９０８号公報
【特許文献４】特開２０１０−１１０７９号公報
【特許文献５】特開２００４−１８７４８８号公報
【特許文献６】特開２００９−１８３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、回転電機において、固定子で生じる磁界に含まれる高調波成分を回転子のコイルに多く鎖交させて、トルクを有効に増大できる回転電機を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機及び回転電機駆動システムは、上記の目的を達成するために以下の手段を採用する。
【０００８】
本発明に係る回転電機は、回転磁界を生じさせる固定子と、前記回転磁界に含まれる高調波成分によって起電力が生じるようにコイルが巻線されるとともに、前記起電力によって磁極が生じるように構成された回転子とを備え、前記回転子は、前記高調波成分を、前記固定子から前記回転子に誘導する誘導部を有することを特徴とする回転電機である。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記回転子は、前記起電力によって磁極が生じるように形成された磁極部を備えている。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記誘導部は、前記固定子に近接するように設けられる。より好ましくは、前記誘導部は、前記回転子において、前記回転子の回転中心を中心として描かれる最大外接円に接するように設けられる。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記誘導部は、前記起電力の発生を大きくするように、前記高調波成分を誘導する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回転電機駆動システムによれば、固定子で生じる磁界に含まれる高調波成分を回転子のコイルに多く鎖交させて、トルクを有効に増大できる回転電機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機において、ロータ巻線に整流素子であるダイオードを結合している様子を示す略図である。
【図２】図１の回転電機において、ダイオードを省略して、ステータとロータとの対向する部分の周方向一部を示す概略断面図である。
【図３】図２のＡ部を拡大して詳しく示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、ロータ巻線に流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。
【図５】図１の回転電機において、周方向に関するロータ巻線の幅θを変化させながらロータ巻線への鎖交磁束の振幅を計算した結果を示す図である。
【図６Ａ】補助極を有しない比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。
【図６Ｂ】比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力と回転数との関係を示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力と回転数との関係を示す図である。
【図８Ａ】補助極を有しない比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ巻線での空間高調波鎖交磁束を示す図である。
【図８Ｂ】比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ巻線の自己インダクタンスを示す図である。
【図８Ｃ】比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ巻線でのロータ誘導電流を示す図である。
【図８Ｄ】比較例と実施例１，２とを用いて行ったシミュレーション結果において、回転電機のトルクを示す図である。
【図９Ａ】補助極を有しない比較例を用いて行ったシミュレーション結果において、空間高調波の磁束線を示す略図である。
【図９Ｂ】本発明の実施の形態を用いて行ったシミュレーション結果において、空間高調波の磁束線を示す略図である。
【図１０Ａ】補助極を有しない比較例を用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態において補助極の根元部を磁性材製とした実施例１を用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施の形態において補助極の根元部を非磁性材製とした実施例２を用いて行ったシミュレーション結果において、ロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る回転電機を含む回転電機駆動システムの１例の概略構成を示す図である。
【図１２】図１１の回転電機駆動システムにおいて、制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３Ａ】図１１の回転電機駆動システムにおけるステータ電流の時間的変化の１例を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と各相電流とで示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに対応するロータ起磁力の時間的変化を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａに対応するモータトルクの時間的変化を示す図である。
【図１４】図１１の回転電機駆動システムにおいて、ｑ軸電流を一定値とした場合（ａ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の前期（ｂ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の後期（ｃ）とで、ステータとロータとに磁束が通過する様子を示す模式図である。
【図１５】ステータ電流に増加パルス電流を重畳させる場合の回転電機駆動システムにおいて、Ｕ相のステータ巻線に流す電流（ステータ電流）と、ロータ巻線に生じる誘導電流（ロータ誘導電流）との１例を示す図である。
【図１６】本発明の別の実施の形態の回転電機において、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させた場合の変化を示すロータの模式図である。
【図１７】図１１の回転電機駆動システムにおいて、パルス電流の重畳状態を変化させる例を説明するための回転電機の回転数とトルクとの関係を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【図１９】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【図２０】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【図２１】本発明の実施の形態の別の回転電機のロータを示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１〜３は、本発明の実施形態を示す図である。図１は、本発明の実施の形態に係る回転電機において、ロータ巻線に整流素子であるダイオードを結合した様子を示す略図である。図２は、図１の回転電機において、ダイオードを省略して、ステータとロータとの対向する部分の周方向一部を示す概略断面図である。図３は、図２のＡ部を拡大して詳しく示す図である。図１に示すように、電動機または発電機として機能する回転電機１０は、図示しないケーシングに固定された固定子であるステータ１２と、ステータ１２と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能な回転子であるロータ１４とを備える（なお、「径方向」とはロータの回転中心軸に対し直交する放射方向をいう。以下、特に断らない限り「径方向」の意味は同じである。）。
【００１５】
また、ステータ１２は、ステータコア２６と、ステータコア２６の周方向箇所に配置されたティース３０と、各ティース３０に配設された、すなわち巻線された複数相（より具体的にはｕ相、ｖ相、ｗ相の３相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗとを含む。すなわち、ステータコア２６の内周面には、径方向内側へ（ロータ１４へ向けて）突出する複数のステータティースであるティース３０がロータ１４の回転中心軸まわりの周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各ティース３０間にスロット３１が形成されている（なお、「周方向」とはロータの回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう。以下、特に断らない限り「周方向」の意味は同じである。）。ステータコア２６及び複数のティース３０は磁性材により、一体に設けられている。
【００１６】
各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、スロット３１を通ってティース３０に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース３０にステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに複数相の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース３０が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ１２に生成することができる。なお、ステータ巻線は、このようにステータティースに巻線する構成に限定するものではなく、ステータティースから外れたステータコアに巻線することもできる。
【００１７】
ティース３０に形成された回転磁界は、その先端面からロータ１４に作用する。図１に示す例では、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗがそれぞれ巻装された３つのティース３０により１つの極対が構成されている。
【００１８】
また、ロータ１４は、円筒状のロータコア１６と、ロータコア１６の外周面の周方向複数個所に、径方向外側に向けて（ステータ１２に向けて）突出して設けられた突部であり、かつ主突極であり、かつ、磁極部、すなわちロータティースであるティース１９と、複数のコイルであるロータ巻線４２ｎ、４２ｓとを含む。ロータコア１６及び複数のティース１９は磁性材により、一体に設けられている。より詳しくは、ロータ１４の周方向に関して１つおきのティース１９に複数の第１ロータ巻線４２ｎをそれぞれ集中巻きで巻線し、第１ロータ巻線４２ｎを巻線したティース１９と隣り合うティース１９であって、周方向１つおきのティース１９に、複数の第２ロータ巻線４２ｓをそれぞれ集中巻きで巻線している。また、複数の第１ロータ巻線４２ｎを含む第１ロータ巻線回路４４と、複数の第２ロータ巻線４２ｓを含む第２ロータ巻線回路４６とに、それぞれ１ずつの磁気特性調整部であり整流素子であるダイオード２１ｎ、２１ｓを接続している。すなわち、ロータコア１６の周方向複数個所に第１ロータ巻線４２ｎ及び第２ロータ巻線４２ｓを、それぞれ集中巻きで巻装している。また、ロータ１４の周方向に１つおきに配置された複数の第１ロータ巻線４２ｎは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に整流素子であり第１ダイオードであるダイオード２１ｎが各第１ロータ巻線４２ｎと直列に接続されることで、第１ロータ巻線回路４４が構成されている。各第１ロータ巻線４２ｎは、同じ磁極（Ｎ極）として機能するティース１９に巻装されている。
【００１９】
また、複数の第２ロータ巻線４２ｓは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に整流素子である第２ダイオードであるダイオード２１ｓが各第２ロータ巻線４２ｓと直列に接続されることで、第２ロータ巻線回路４６が構成されている。各第２ロータ巻線４２ｓは、同じ磁極（Ｓ極）として機能するティース１９に巻装されている。また、周方向に隣り合う（異なる磁極の磁石が形成される）ティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、互いに電気的に分断されている。
【００２０】
また、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士で、異なる磁極の磁石が形成されるように、各ダイオード２１ｎ、２１ｓによるロータ巻線４２ｎ、４２ｓの電流の整流方向を互いに逆方向にしている。すなわち、周方向において隣り合うように配置されたロータ巻線４２ｎとロータ巻線４２ｓとで流れる電流の向き（ダイオード２１ｎ、２１ｓによる整流方向）、すなわち順方向が互いに逆になるように、ダイオード２１ｎ、２１ｓがロータ巻線４２ｎ、４２ｓに接続されている。また、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの巻回中心軸は径方向と一致している。そして各ダイオード２１ｎ、２１ｓは、ステータ１２で生成される高調波成分である空間高調波を含む回転磁界による誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を整流することで、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせている。Ａ相は、対応するティース１９の先端側にＮ極を生成するものであり、Ｂ相は、対応するティース１９の先端側にＳ極を生成するものである。すなわち、ロータ１４に設けられる整流素子は、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓにそれぞれ接続される第１整流素子であるダイオード２１ｎと第２整流素子であるダイオード２１ｓとである。また、ダイオード２１ｎ、２１ｓは、誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を独立して整流し、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流により生成される周方向複数個所のティース１９の磁気特性を周方向に交互に異ならせている。このように、複数のダイオード２１ｎ、２１ｓは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに発生する誘導起電力によって複数のティース１９に生じる磁気特性を、周方向で交互に異ならせている。この構成では、後述する図１８に示す別の実施の形態の場合と異なり、ダイオード２１ｎ、２１ｓの数を２つに減らすことができ、ロータ１４の巻線構造を簡略化することができる。また、ロータ１４は、図示しないケーシングに回転可能に支持された回転軸２２（図１８，２０等参照、図１では図示を省略する。）の径方向外側に同心に固定している。なお、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、対応するティース１９に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ等を介して巻装することもできる。
【００２１】
また、ロータ１４の周方向に関するロータ巻線４２ｎ、４２ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれティース１９に短節巻きで巻装されている。より好ましくは、ロータ１４の周方向に関するロータ巻線４２ｎ、４２ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく、あるいはほぼ等しくしている。ここでのロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θについては、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの断面積を考慮して、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの断面の中心幅で表すことができる。すなわち、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの内周面の幅と外周面の幅との平均値でロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを表すことができる。なお、ロータ１４の電気角は、ロータ１４の機械角にロータ１４の極対数ｐを乗じた値で表される（電気角＝機械角×ｐ）。このため、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、ロータ１４の回転中心軸からロータ巻線４２ｎ，４２ｓまでの距離をｒとすると、以下の（１）式を満たす。
【００２２】
θ＜π×ｒ／ｐ （１）
このように幅θを規制している理由は、後で詳しく説明する。
【００２３】
特に、本実施の形態では、ロータコア１６は、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間の周方向の中央位置等、隣り合うティース１９同士の間にそれぞれ配置されている複数の誘導部である補助極４８を含んでいる。このような各補助極４８は、ステータ１２で生じる回転磁界に含まれる高調波成分であり、後で詳しく説明する空間高調波を、ステータ１２からロータ１４に誘導する機能を有する。また、各補助極４８は、ロータ１４に、ステータ１２に対して、ステータ１２とロータ１４との間の厚さの小さい隙間を介して近接するように設けられている。より好ましくは、補助極４８は、ロータ１４において、ロータ１４の回転中心軸を中心として描かれる仮想の最大外接円にその先端が接するように設けられる。例えば、この最大外接円にティース１９の先端が接する場合に、補助極４８の先端も接するようにする。各補助極４８は、少なくとも一部が磁性材により構成されることで、磁性を有している。例えば、図２、図３に示すように、ロータコア１６の外周面で、周方向に隣り合うティース１９同士の間に設けられた溝部であるスロット５０の底面において、周方向中央部に補助極４８が、それぞれステータ１２側である、径方向外側に突出するように設けられている。各補助極４８は、非磁性材料により構成される根元部５２と、根元部５２の先端側に連結され、磁性材料により構成される先端部５４とを有する。根元部５２は、ロータ１４の径方向に関する内端である根元端をロータコア１６の外周面に一体に結合固定している。このように複数の補助極４８は、ロータコア１６の外周面からステータ１２へ向けて突出するように設けられるとともに、磁性を有する先端部５４と、磁性を有しない根元部５２とからそれぞれ構成されている。また、根元部５２と先端部５４とをそれぞれ周方向に切断した場合の断面形状を略矩形状としている。ただし、根元部５２と先端部５４との形状はこのような例に限定するものではない。
【００２４】
また、図３に示すように、根元部５２の周方向に関する厚さＴ１は先端部５４の周方向に関する厚さＴ２よりも小さくする（Ｔ１＜Ｔ２）ことで、先端部５４と根元部５２との連結部に段差部５６が設けられている。段差部５６は、ロータ１４の径方向内側に向いている。根元部５２は、先端部５４の段差部５６の径方向内側面の周方向中央部に結合されている。すなわち、先端部５４と根元部５２とは、段差部５６を介して連結されている。なお、図３では、ロータ巻線４２ｓ、４２ｎを断面矩形の角線または平角線として示しているが、これに限定するものではなく、例えばロータ巻線４２ｓ、４２ｎを断面丸形の丸線により構成することもできる。また、先端部５４は、例えばロータコア１６を構成する材料と同じ、例えば磁性鋼板、鋼等の磁性材料により形成することができる。これに対して根元部５２は、樹脂やステンレス鋼等の非磁性金属等の非磁性材料により形成されている。
【００２５】
なお、各補助極４８は、磁性材料製のロータコア１６に一体で作成する際に、根元部５２を非磁性化することで形成することもできる。例えば補助極４８とティース１９を含むロータコア１６とを一体で作成した後、ニッケルを供給しつつ行うレーザ照射等により根元部５２を非磁性化することもできる。また、補助極４８を、先端側の磁性材料部分にステンレス鋼等の非磁性材料部分を結合した構成として、補助極４８を他のロータコア１６部分に溶接等で結合することもできる。また、樹脂等の非磁性材料製の根元部５２をティース１９及び先端部５４とは別に作成しておき、根元部５２を他のロータコア１６部分及び先端部５４に係合部等で機械的に結合させることもできる。例えば、補助極４８の根元部５２の根元端に断面積が急に大きくなる拡大部を設けるとともに、ロータコア１６の外周面の根元部５２を結合する部分に孔部を形成し、孔部の奥部に拡大部を係止できる係止部を形成しておき、上記の拡大部を弾性変形させつつ孔部に挿入し、係止部に拡大部を係止することで根元部５２をロータコア１６に結合することもできる。また、同様に、根元部５２に形成した別の拡大部に先端部５４を機械的に結合することもできる。
【００２６】
また、ロータ１４では、図４に模式図で示すように、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９に巻装されるロータ巻線４２ｎ、４２ｓ同士で別のダイオード２１ｎ、２１ｓが接続されており、ステータ１２（図１、図２）で生成された高調波を含む回転磁界が鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓにダイオード２１ｎ、２１ｓで方向を規制された誘導電流が誘導され、各ティース１９が隣り合うティース１９同士で異なる磁極部として磁化する。この場合、図４の矢印αで示す方向に誘導電流による磁束が、ティース１９とロータコア１６とに流れる。
【００２７】
図１に戻って、本実施の形態の回転電機１０は、上記のようなロータ１４と、ロータ１４の径方向外側に対向配置されたステータ１２とにより構成されている。このような回転電機１０によれば、ステータ１２で発生した空間高調波を含む回転磁界によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導電流を生じさせ、ロータ１４にトルクを発生させることができる。すなわち、ステータ１２に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置や、ティース３０及びスロット３１によるステータコア２６の形状に起因して、（基本波のみの）正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、集中巻においては、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが互いに重なり合わないため、ステータ１２の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが３相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の（時間的）３次成分である空間的な２次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置やステータコア２６の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。すなわち、ステータ１２は、磁界を発生させ、その磁界は、高調波成分である空間高調波を含んでいる。また、ロータ１４は、空間高調波によって誘導起電力が生じるようにロータ巻線４２ｎ、４２ｓが巻線されている。また、その誘導起電力によってロータ１４に設けられたティース１９に磁極が生じるように構成されている。また、ロータ１４に設けられた各補助極４８は、空間高調波を、ステータ１２からロータ１４に誘導する。また、各補助極４８は、ステータ１２に近接するように設けられ、かつ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導起電力の発生を大きくするように、空間高調波を誘導するように設けられている。
【００２８】
また、３相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに３相の交流電流を流すことでティース３０に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ１４に作用するのに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、ティース１９がティース３０の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ１４にトルク（リラクタンストルク）が作用する。
【００２９】
さらに、ティース３０に形成された空間高調波を含む回転磁界がロータ１４の各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交すると、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓには、空間高調波によりロータ１４の回転周波数（回転磁界の基本波成分）と異なる周波数の磁束変動が生じる。この磁束変動によって、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流は、各ダイオード２１ｎ，２１ｓにより整流されることで一方向（直流）となる。そして、各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れるのに応じてロータティースである各ティース１９が磁化することで、磁極が（Ｎ極かＳ極のいずれか一方に）固定された磁石が各ティース１９に生じる。前述のように、ダイオード２１ｎ，２１ｓによるロータ巻線４２ｎ，４２ｓの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各ティース１９に生じる磁石は、周方向においてＮ極とＳ極が交互に配置されたものとなる。そして、各ティース１９（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）とティース１９（磁石）の磁界との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）によっても、ロータ１４にトルク（磁石トルクに相当するトルク）を作用させることができ、ロータ１４がステータ１２で生成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動する。このように回転電機１０は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗへの供給電力を利用してロータ１４に動力（機械的動力）を発生させる電動機として機能させることができる。
【００３０】
しかも、本実施の形態の回転電機１０によれば、ステータ１２で生じる磁界に含まれる空間高調波を、ステータ１２からロータ１４に誘導する誘導部である補助極４８が設けられている。このため、空間高調波をロータ１４のロータ巻線４２ｎ、４２ｓに多く鎖交させて、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくできる。このため、結果としてロータ磁力を増加させ、トルクを有効に増大できる回転電機１０を実現することができる。
【００３１】
特に、補助極４８は、ロータ１４のティース１９間に一部が磁性材により構成されるように設けられている。このため、ステータ１２で生成される磁界に含まれ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波を、補助極４８により増大させることができ、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくできる。したがって、ロータ磁力を増加させ、運転領域のほぼ全域等、多くの領域でトルクを有効に増大させることができる。また、補助極４８は、ステータ１２に近接するように設けられ、かつ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導起電力の発生を大きくするように、空間高調波を誘導するように設けられている。このため、回転電機１０のトルクをより有効に増大させることができる。
【００３２】
また、各補助極４８は、ロータコア１６の外周面において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間にステータ１２へ向け突出するように結合されており、非磁性材により構成される根元部５２と、磁性材により構成される先端部５４とを有する。このため、ロータ１４のＳ極となるティース１９からＮ極となるティース１９へ、ロータコア１６を介して内部を通過する磁束が根元部５２で短絡されるのを防止でき、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止できる。このため、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できるので、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流をより増大でき、回転電機１０のトルクをより増大できる。
【００３３】
また、各補助極４８は、根元部５２と、根元部５２に連結され、根元部５２よりも周方向に関する厚さＴ２が大きくなっている先端部５４とを有する。このため、根元部５２の周方向の厚さＴ１を小さくすることで、根元部５２を通過する磁束を飽和させることができる。このため、これによっても、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止でき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できる。したがって、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流を増大でき、回転電機１０のトルクをより増大できる。
【００３４】
これに対して、上記の特許文献１に記載された回転電機の場合、ロータの周方向に隣り合う、ロータ巻線が巻線されたロータティースに対応する突極の間に補助極が設けられていないため、トルクを有効に高くする面から改良の余地がある。すなわち、特許文献１に記載された回転電機の場合も、ステータで生成される回転磁界の高調波成分による磁場変動により、ロータ巻線に誘導電流を生じさせることで、トルクを生じさせる。ただし、空間高調波は、ロータに設けられた、隣り合う突極同士の間の磁気抵抗が高い空間を多く通過するので磁束を必ずしも多くできない可能性がある。このため、ロータのトルクを有効に高くする面から改良の余地がある。
【００３５】
また、上記の特許文献２〜４には、パルス電流の重畳を利用する界磁巻線型同期機が記載されているが、回転磁界に含まれる空間高調波をロータ巻線に多く鎖交させて、トルクを有効に増大できる手段は開示されていない。
【００３６】
また、上記の特許文献５には、ステータコアの内周に複数の主歯を設けるとともに、隣り合う主歯の間のスロット部に副歯を設けており、主歯にコイルを巻回したときにコイルの外周面を副歯と密接するようにしたステータを有する回転電機が記載されている。また、上記の特許文献６には、永久磁石付ロータを備える回転電機において、ステータの巻線ポールの周方向に関するピッチで、いずれかの巻線ポールのピッチと、他の巻線ポールのピッチとが異なるようにしている回転電機が記載されている。ただし、特許文献５，６のいずれに記載された構造も、回転磁界に含まれる空間高調波をロータ巻線に多く鎖交させて、トルクを有効に増大できるものではない。特許文献２〜６に記載された構成で、トルクを高くするために回転電機のコア厚さを大きくすると、回転電機が大型化したり、コスト上昇や重量増大を招く要因となる。また、トルクを高くするためにステータ電流を増加させると、銅損が増加して燃費が低下したり、インバータが大型化して、コスト上昇、重量増大、搭載性及び冷却性悪化を招く要因ともなる。本実施の形態の回転電機１０によれば、上記の不都合をいずれも解消できる。
【００３７】
また、本実施の形態では、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのロータ１４の周方向に関する幅θを上記の（１）式で述べたように規制しているので、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに発生する、回転磁界の空間高調波による誘導起電力を大きくすることができる。すなわち、空間高調波によるロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅（変動幅）は、周方向に関するロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θにより影響を受ける。ここで、周方向に関するロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを変化させながら、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅（変動幅）を計算した結果を図５に示している。図５では、コイル幅θを電気角に換算して示している。図５に示すように、コイル幅θが１８０°から減少するにつれてロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の変動幅が増大しているため、コイル幅θを１８０°よりも小さくする、すなわちロータ巻線４２ｎ，４２ｓを短節巻とすることで、全節巻と比較して、空間高調波による鎖交磁束の振幅を増大させることができる。
【００３８】
したがって、回転電機１０（図１）では、周方向に関する各ティース１９の幅を電気角で１８０°に相当する幅よりも小さくし、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを各ティース１９に短節巻で巻装することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。この結果、ロータ１４に作用するトルクを効率よく増大させることができる。
【００３９】
さらに、図５に示すように、コイル幅θが９０°の場合に、空間高調波による鎖交磁束の振幅が最大となる。したがって、空間高調波によるロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅をより増大させるためには、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θがロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しい（あるいはほぼ等しい）ことが好ましい。このため、ロータ１４の極対数をｐとし、ロータ１４の回転中心軸からロータ巻線４２ｎ，４２ｓまでの距離をｒとした場合に、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、以下の（２）式を満たす（あるいはほぼ満たす）ことが好ましい。
【００４０】
θ＝π×ｒ／（２×ｐ） （２）
【００４１】
このようにすることで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にすることができ、誘導電流により各ティース１９に発生する磁束を最も効率よく増大させることができる。この結果、ロータ１４に作用するトルクをより効率よく増大させることができる。すなわち、幅θが９０°に相当する幅を大きく超えると、互いに打ち消し合う方向の起磁力がロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交しやすくなるが、９０°に相当する幅よりも小さくなるのにしたがって、その可能性が低くなる。ただし、幅θが９０°に相当する幅よりも大きく減少すると、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交する起磁力の大きさが大きく低下する。このため、幅θを約９０°に相当する幅とすることでそのような不都合を防止できる。このため、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、電気角で９０°に相当する幅に略等しくすることが好ましい。
【００４２】
また、回転電機１０では、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す交流電流の位相である、ロータ位置に対する電流進角を制御することで、ロータ１４のトルクを制御することもできる。さらに、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す交流電流の振幅を制御することによって、ロータ１４のトルクを制御することもできる。また、ロータ１４の回転数を変化させてもロータ１４のトルクが変化するため、ロータ１４の回転数を制御することによって、ロータ１４のトルクを制御することもできる。
【００４３】
なお、上記では、各補助極４８のうち、根元部５２が非磁性材料により構成され、先端部５４が磁性材料により構成されるとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくしている。ただし、本実施の形態はこれに限定するものではなく、例えば、各補助極４８の形状を図１〜３に示した形状と同じにしつつ、根元部５２及び先端部５４を含む補助極４８全体を磁性材料により構成することもできる。
【００４４】
一方、各補助極４８の全体を磁性材料により構成しつつ、各補助極４８の周方向に関する厚さを根元部５２と先端部５４とで互いに同じとし、段差部５６（図３）のない形状とすることもできる。ただし、この場合には、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止できず、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できるという効果を得られない。このため、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくできるという効果は、上記の図１〜３に示した構成の場合よりは劣る。ただし、この場合でも、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波を、補助極４８により増大させることができるという効果は得られ、回転電機１０のトルクを大きくできる。
【００４５】
したがって、各補助極４８の全体を磁性材料により構成する場合には、上記の図１〜３の構成のように、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくすることが好ましい。この場合には、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止でき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制でき、回転電機１０のトルクをより向上できる。
【００４６】
一方、各補助極４８のうち、根元部５２を非磁性材料により構成するのであれば、各補助極４８の周方向に関する厚さを根元部５２と先端部５４とで互いに同じとした場合でも、各補助極４８の全体を磁性材料により構成するとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくする場合とほぼ同様に、回転電機１０のトルクを向上できる効果を得られる。すなわち、この構成でも、本来、ロータ１４とステータ１２との間で磁気吸引力を発生させるためにティース１９を通過する磁束が減少するのを有効に防止でき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスが増大するのを抑制できる。
【００４７】
以上から、本実施の形態において、好ましくは、各補助極４８のうち、先端部５４を磁性材料により構成し、根元部５２を非磁性材料により構成するとともに、各補助極４８の周方向に関する厚さＴ１，Ｔ２を根元部５２と先端部５４とで同じとする。または、各補助極４８の全体を磁性材料により構成するとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくする。さらにより好ましくは、上記の図１〜３の構成のように、各補助極４８のうち、先端部５４を磁性材料により構成し、根元部５２を非磁性材料により構成するとともに、先端部５４の周方向に関する厚さＴ２を根元部５２の周方向に関する厚さＴ１よりも大きくする。
【００４８】
次に、補助極４８を設けた本実施の形態の効果を確認するために行ったシミュレーション結果を、本発明から外れた比較例の回転電機のシミュレーション結果とともに説明する。なお、以下では、図１〜図４に示した要素と同等の要素には同一の符号を付して説明する。まず、図６Ａ，図６Ｂで比較例の場合を説明する。図６Ａは、補助極４８を有しない比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。ここで、比較例の回転電機として、上記の図１〜３に示した構成と同様の構成において、ロータ１４の隣り合うティース１９の間に補助極４８を設けていない回転電機を使用した。そしてこの比較例の構成でトルクと回転数との関係を求めるシミュレーションを行った。図６Ａは、その結果を示している。図６Ａで示す「Ｅ１Ａ，Ｅ２Ａ・・・」の表示は、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流であるステータ電流を通電する場合の３相交流電流の実効値が異なることを表しており、Ｅ１，Ｅ２・・・の順に徐々にステータ電流の実効値が小さくなっている。
【００４９】
図６Ａで示すように、比較例の回転電機では、低回転域ではトルクが小さくなっているが、中回転域で最大トルクが大きくなり、中回転から高回転域でトルクが小さくなっている。
【００５０】
また、図６Ｂは、比較例の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力を回転数との関係で示す図である。図６Ｂで付したＥ１Ａ、Ｅ２Ａ・・・等の電流を表す表示の意味は、図６Ａと同様であり、同じ記号では同じステータ電流の実効値を表している（後述する図７Ａ，図７Ｂも同様である。）。図６Ｂにおいて、縦軸は、ロータ起磁力をアンペアターンで表しており、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの巻回数が一定であるので、縦軸はロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導されるロータ誘導電流に対応する。図６Ｂの結果から明らかなように、ロータ起磁力は、回転数の上昇にしたがって、所定回転数までは徐々に上昇する。
【００５１】
これに対して、図７Ａ，図７Ｂは、図１〜図３の本実施の形態の回転電機１０を用いたシミュレーション結果である。図７Ａは、本発明の実施の形態の回転電機１０でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせた回転数トルク特性を示す図である。図６Ａと図７Ａとの比較から明らかなように、本実施の形態では、比較例に比べて、最大トルクが同じステータ電流を通電する場合でも大きく増加し、Ｅ１Ａでは、図６Ａの比較例の最大トルクを１．０とした場合に、図７Ａの本実施の形態の最大トルクで１．０３２となり、約３％増大した。またＦ１min-1の回転数では、図６ＡのＥ１Ａのトルクを１．０とした場合に、図７ＡのＥ１Ａのトルクが１．４５となり、トルクが４５％増大した。また、Ｆ２min-1の回転数では、図６ＡのＥ１Ａのトルクを１．０とした場合に、図７ＡのＥ１Ａのトルクが２．０となり、トルクが２倍に増大した。なお、図６Ａ，図７Ａで縦軸及び横軸の１目盛分はそれぞれで互いに同じ大きさを表している。このように本実施の形態では、比較例に比べてほぼ全域の回転数領域でトルクを増大できることを確認できた。
【００５２】
また、図７Ｂは、本発明の実施の形態の回転電機でのシミュレーション結果において、ステータ電流を異ならせたロータ起磁力を回転数との関係で示す図である。図６Ｂと図７Ｂとを比較すると明らかなように、本実施の形態では、ロータ起磁力を比較例に比べてほぼ全部の回転数領域で大きくでき、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じるロータ誘導電流も比較例に比べてほぼ全部の回転数領域で大きくできることを確認できた。なお、図６Ｂ，図７Ｂの縦軸及び横軸の１目盛分はそれぞれで互いに同じ大きさを表している。
【００５３】
次に、図８Ａ〜図８Ｄを用いて補助極４８による効果と、補助極４８の根元部５２を非磁性材により構成する場合の効果とを計算結果により確認する。図８Ａは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓでの空間高調波鎖交磁束を示す図であり、図８Ｂは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスを示す図である。また、図８Ｃは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓでのロータ誘導電流を示す図であり、図８Ｄは、回転電機のトルクを示す図である。いずれの場合も、補助極４８が設けられていない上記で説明した比較例の回転電機と、実施例１及び実施例２の回転電機とで比較した。ここで、実施例１は、上記の図１〜３に示した実施形態で補助極４８が設けられており、かつ、その補助極４８の全部が磁性材により構成されている回転電機である。また、実施例２は、上記の図１〜３に示した実施形態で補助極４８が設けられており、かつ、その補助極４８の先端部５４が磁性材により構成されるが、根元部５２が非磁性材により構成されている回転電機である。図８Ａ〜図８Ｄの縦軸の目盛は、それぞれ鎖交磁束、自己インダクタンス、誘導電流、トルクについて比較例の場合を１とした相対値で表している。
【００５４】
図８Ａから明らかなように、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓでの空間高調波鎖交磁束は、比較例で小さくなり、実施例１，２でいずれも大きくなったが、実施例１は実施例２よりもわずかに大きくなった。また、図８Ｂから明らかなように、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの自己インダクタンスは補助極４８の全部を磁性材により構成した実施例１で最も大きくなり、比較例と実施例２とでほぼ同等に小さくなった。これは実施例１で補助極４８の根元部５２にティース１９を通過する磁束が短絡することに起因する。また、図８Ｃから明らかなように、ロータ誘導電流は、比較例、実施例１、実施例２の順に徐々に大きくなっている。これは図８Ｂのように、実施例１で自己インダクタンスが増大したことに起因する。また、図８Ｄから明らかなように、ロータ誘導電流の違いに応じて、回転電機のトルクも、比較例、実施例１、実施例２の順に徐々に大きくなっている。このような結果からも、本実施の形態では回転電機１０のトルクを高くできるが、さらに補助極４８の根元部５２が非磁性材により構成されることで、より高い効果を得られることが分かる。
【００５５】
次に、図９Ａ、図９Ｂを用いて回転電機の空間高調波の磁束線のシミュレーション結果を説明する。図９Ａ、図９Ｂは、それぞれ空間高調波の磁束線を示す略図であり、図９Ａは、上記で説明した比較例の場合を、図９Ｂは、上記の図１〜３に示した実施の形態の場合を、それぞれ示している。なお、図９Ａでは、補助極４８のような形状が示されているが、シミュレーション結果では補助極４８がないとして計算している（後述する図１０Ａも同様である）。図９Ａ，図９Ｂのいずれの場合も、ロータ１４とステータ１２との位相関係は同一としている。この場合、Ｉ部で示す補助極４８に対応する位置に、ステータ１２のティース３０が対向している。
【００５６】
このシミュレーション結果から、補助極４８を設けている図９Ｂに示す本実施の形態では、補助極４８がない図９Ａの比較例に比べて、空間２次高調波の磁束線が補助極４８を通過するようにロータ巻線４２ｎ、４２ｓに多く鎖交することが分かる。なお、図９Ｂでは、補助極４８がスロット５０の底部から離れるように配置されているが、本実施の形態をこのように構成することもでき、その場合、例えば、補助極４８をロータ１４の軸方向両端に設けた金属板やエンドプレート等により軸方向端部で結合することにより構成する。
【００５７】
次に、図１０Ａ〜図１０Ｃを用いて回転電機のロータ誘導電流による磁束線のシミュレーション結果を説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、それぞれロータ誘導電流により生じた磁束線を示す略図であり、図１０Ａは、上記で説明した比較例の場合を、図１０Ｂは図１〜３に示した実施の形態において、補助極４８の根元部５２を磁性材製とした実施例１の場合を、図１０Ｃは、実施の形態において、補助極４８の根元部５２を非磁性材製とした実施例２の場合を、それぞれ示している。図１０Ａ〜図１０Ｃのいずれの場合も、ロータ１４とステータ１２との位相関係は同一としている。この場合、図１０ＡのＭ１、Ｍ２でそれぞれ示すステータ１２のティース３０と、ロータ１４のティース１９とが一部で径方向に対向している。このシミュレーション結果から、図１０Ｂに示す実施例１では、補助極４８の根元部５２が磁性材により構成されているので、Ｍ３で示す根元部５２に多くの磁束が通過している。このため、補助極４８を短絡する磁束によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓのインダクタンスが増加していることが分かる。
【００５８】
これに対して、図１０Ａに示す補助極４８がない比較例、及び、図１０Ｃに示す補助極４８の根元部５２を非磁性材により構成した実施例２では、実施例１のように補助極４８を短絡する磁束がないので、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのインダクタンスの増加を実施例１に比べて抑制できることが分かる。結果として、空間２次高調波のロータ巻線４２ｎ、４２ｓに対する鎖交磁束を大きくできるとともに、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのインダクタンスの増加を抑制できる図１０Ｃに示す実施例２によれば、回転電機１０のトルクをより大きくできることが分かる。
【００５９】
次に図１１〜１４を用いて、本実施の形態の回転電機を含んで構成する回転電機駆動システム３４の１例を説明する。なお、図１１〜１４の回転電機駆動システム３４は、上記の回転電機１０のｑ軸電流にパルス電流を重畳させることにより、上記のトルクの増大効果に加えて、さらに低回転領域でのトルクの増大を図ることを目的として考えられたものである。
【００６０】
図１１は、回転電機駆動システム３４の概略構成を示す図である。回転電機駆動システム３４は、回転電機１０と、回転電機１０を駆動する駆動部であるインバータ３６と、インバータ３６を制御する制御装置３８と、電源部である蓄電装置４０とを備え、回転電機１０を駆動する。回転電機１０の構成自体は、上記の図１〜３に示した回転電機１０と同様である。なお、以下の説明では、図１〜３に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００６１】
蓄電装置４０は、直流電源として設けられ、充放電可能であり、例えば二次電池により構成する。インバータ３６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のアームＡｕ，Ａｖ，Ａｗを備え、各相アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗは、それぞれ２のスイッチング素子Ｓｗを直列に接続している。スイッチング素子Ｓｗは、トランジスタ、ＩＧＢＴ等である。また、各スイッチング素子Ｓｗに逆並列にダイオードＤｉを接続している。さらに、各アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗの中点は、回転電機１０を構成する対応する相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの一端側に接続されている。ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗにおいて、同じ相のステータ巻線同士は互いに直列に接続され、異なる相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗが中性点で接続されている。
【００６２】
また、蓄電装置４０の正極側及び負極側は、インバータ３６の正極側と負極側とにそれぞれ接続されており、蓄電装置４０とインバータ３６との間にコンデンサ６８が、インバータ３６に対し並列に接続されている。制御装置３８は、例えば車両のアクセルペダルセンサ（図示せず）等から入力される加速指令信号に応じて回転電機１０のトルク目標を算出し、トルク目標等に応じた電流指令値に応じて各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作を制御する。制御装置３８には、３相のうち、少なくとも２相のステータ巻線（例えば２８ｕ、２８ｖ）側に設けられた電流センサ７０で検出された電流値を表す信号と、レゾルバ等の回転角度検出部８２（図１２）で検出された回転電機１０のロータ１４の回転角度を表す信号とがそれぞれ入力される。制御装置３８は、ＣＰＵ，メモリ等を有するマイクロコンピュータを含むもので、インバータ３６のスイッチング素子Ｓｗのスイッチングを制御することにより、回転電機１０のトルクを制御する。制御装置３８は、機能ごとに分割された複数の制御装置により構成することもできる。
【００６３】
このような制御装置３８は、インバータ３６を構成する各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作により蓄電装置４０からの直流電力を、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の交流電力に変換して、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの各相に対応する相の電力を供給することを可能とする。このような制御装置３８によれば、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す交流電流の位相（電流進角）を制御することで、ロータ１４（図１〜３）のトルクを制御できる。回転電機駆動システム３４は、例えば、車両用走行動力発生装置として、エンジンと走行用モータとを駆動源として備えるハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載して使用される。なお、蓄電装置４０とインバータ３６との間に電圧変換部であるＤＣ／ＤＣコンバータを接続して、蓄電装置４０の電圧を昇圧してインバータ３６に供給可能とすることもできる。
【００６４】
図１２は制御装置３８のうち、インバータ制御部の構成を示す図である。制御装置３８は、図示しない電流指令算出部と、減少パルス重畳手段７２と、減算部７４，７５と、ＰＩ演算部７６，７７と、３相／２相変換部７８と、２相／３相変換部８０と、回転角度検出部８２と、図示しないＰＷＭ信号生成部及びゲート回路とを含む。
【００６５】
電流指令算出部は、予め作成されたテーブル等にしたがって、ユーザから入力される加速指示に応じて算出される回転電機１０のトルク指令値に応じて、ｄ軸、ｑ軸に対応する電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。ここで、ｄ軸とは、回転電機１０の周方向に関してロータ巻線４２ｎ、４２ｓの巻回中心軸方向である磁極方向をいい、ｑ軸とはｄ軸に対し電気角で９０度進んだ方向をいう。例えば、上記の図１に示すようにロータ１４の回転方向が規定される場合、ｄ軸方向、ｑ軸方向は、図１に矢印で示したような関係で規定される。また、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、それぞれｄ軸電流成分の指令値であるｄ軸電流指令値、ｑ軸電流成分の指令値であるｑ軸電流指令値である。このようなｄ軸、ｑ軸を用いて、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流をベクトル制御により決定することが可能となる。
【００６６】
３相／２相変換部７８は、回転電機１０に設けられた回転角度検出部８２により検出された回転電機１０の回転角度θと、電流センサ７０により検出された２相の電流（例えばＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ、Ｉｗ）とから、２相の電流であるｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑとを算出する。なお、電流センサ７０により２相の電流しか検出していないのは、２相の電流の和が０となるため、１相の電流は算出で求めることができるからである。ただし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出し、その電流値からｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを算出することもできる。
【００６７】
減少パルス重畳手段７２は、減少パルス電流を生成する減少パルス生成部８４と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に一定周期で減少パルス電流Ｉｑｐ＊を重畳させる、すなわち加算して、加算後の重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊を対応する減算部７５に出力する加算部８６とを有する。また、ｄ軸に対応する減算部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と３相／２相変換部７８で変換されたｄ軸電流Ｉｄとの偏差δＩｄを求めて、ｄ軸に対応するＰＩ演算部７６に偏差δＩｄを入力する。
【００６８】
また、ｑ軸に対応する減算部７５は、重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と３相／２相変換部７８で変換されたｑ軸電流Ｉｑとの偏差δＩｑを求めて、ｑ軸に対応するＰＩ演算部７７に偏差δＩｑを入力する。ＰＩ演算部７６，７７は、それぞれに入力された偏差δＩｄ，δＩｑについて、所定ゲインによるＰＩ演算を行って制御偏差を求め、制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。
【００６９】
２相／３相変換部８０は、ＰＩ演算部７６，７７から入力された各電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基づいて、回転電機１０の回転角度θから得られた、１．５制御周期後に位置すると予測される予測角から、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、図示しないＰＷＭ信号生成部でＰＷＭ信号に変換され、ＰＷＭ信号は、図示しないゲート回路に出力される。ゲート回路は、制御信号を印加するスイッチング素子Ｓｗを選択することにより、スイッチング素子Ｓｗのオンオフを制御する。このように、制御装置３８は、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流れるステータ電流をｄｑ軸座標系に変換してｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分とし、フィードバック制御を含むベクトル制御により、目標トルクに対応する各相のステータ電流が得られるようにインバータ３６を制御する。
【００７０】
図１３Ａは、図１１の回転電機駆動システムにおけるステータ電流の時間的変化の１例を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と各相電流とで示す図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに対応するロータ起磁力の時間的変化を示す図であり、図１３Ｃは、図１３Ａに対応するモータトルクの時間的変化を示す図である。なお、図１３Ａ，図１３Ｂ，図１３Ｃでは、シミュレーション結果を示しており、かつ、極短い時間を時間的に拡大、すなわち各図の横方向に拡大して示している。したがって、実際には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流は、それぞれ回転電機の駆動時に正弦波となるが、図１３Ａでは、パルス電流を重畳させる前後で直線状として表している。
【００７１】
図１３Ａに示すように、図１２に示した減少パルス重畳手段７２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊のみに減少パルス電流を重畳させる。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、トルク指令に対応して算出される一定値である。このようにｑ軸電流指令値Ｉｑ＊には、減少パルス重畳手段７２により、一定周期で、パルス状に減少してから増大する電流指令が重畳される。なお、パルス電流は、図１３Ａのように矩形波状として指令した場合でも、実際には応答性の遅れにより破線βで示すように曲線を組み合わせたパルス状となる場合がある。また、減少パルス電流のパルス状波形は、矩形波でも、三角波でも、複数の曲線や直線から突起状に形成された波形でも、いずれでもよい。
【００７２】
このように減少パルス電流を重畳させる場合、例えば、１相のステータ巻線に最大の電流が流れる場合であり、残りの２相に均等に電流が流れてその和が１相に流れる場合でも、電流の絶対値が減少するようになる。例えば、図１３Ａでは、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに最大の電流が流れる場合であり、残りのＵ相、Ｖ相の２相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖに均等に電流が流れてその和がＷ相に流れる場合を示している。この場合、矢印γは、電流制限範囲を示しており、破線Ｐ，Ｑは設計上要求される電流の許容限界である。すなわち、インバータ３６の容量等の各部品の関係から、破線Ｐ、Ｑの間に電流値が収まることが要求されている。これに対して、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに流れる電流値は許容限界付近に位置する。この場合、減少パルス電流の重畳で、各相電流値の絶対値が小さくなるが、電流変化に応じてステータ１２で生じる回転磁界に含まれる空間高調波成分の磁束変化が大きくなる。このため、図１３Ｂに示すようにロータ起磁力が大きくなり、図１３Ｃに示すようにモータトルクが大きくなる。また、正側のＵ相、Ｖ相のパルス電流のピークは低下し、負側のＷ相のパルス電流のピークは上昇するため、各相電流を電流制限範囲（図１３Ａの矢印γ範囲）に収めることができる。
【００７３】
これについて、図１４を用いてさらに詳しく説明する。図１４は、図１１の回転電機駆動システムにおいて、ｑ軸電流を一定値とした場合（ａ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の前期（ｂ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の後期（ｃ）とで、ステータとロータとに磁束が通過する様子を示す模式図である。図１４では、いずれも各相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを巻装したティース３０がロータ巻線４２ｎ、４２ｓを巻装したティース１９に径方向に対向していないで、１のティース３０がロータ１４の周方向に関して隣り合う２のティース１９の間の中央位置に対向する。この状態で、図１４の実線矢印Ｒ１、破線矢印Ｒ２で示すように、ステータ１２とロータ１４とに流れる磁束はｑ軸磁束である。
【００７４】
図１４（ａ）は、図１３Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊が一定値であるＡ１の状態に対応し、図１４（ｂ）は、図１３Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊に減少パルス電流が発生している前期、すなわち、Ｉｑｓｕｍ＊が急激に減少するＡ２の状態に対応するものである。また、図１４（ｃ）は、図１３Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊に減少パルス電流が発生している後期、すなわち、Ｉｑｓｕｍ＊が急激に増大するＡ３の状態に対応するものである。
【００７５】
まず、図１４（ａ）に示すように、減少パルス電流が発生する以前の重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊が一定値である状態では、実線矢印Ｒ１で示すように、Ｗ相のティース３０からＡ，Ｂのティース１９の間の空間を介してＡ、Ｂのティース１９を通過し、Ｕ相、Ｖ相のティース３０に磁束が流れる。この場合、Ｕ相、Ｖ相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに正の電流が流れ、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに負の大きな電流が流れている。ただし、この場合には各ティース３０を通過する基本波による磁束の変化は生じない。
【００７６】
これに対して、図１４（ｂ）に示すように、減少パルス電流が発生している前期、すなわちｑ軸電流が急激に減少する状態では、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを流れる電流の絶対値が減少する方向に変化して、見かけ上は、破線矢印Ｒ２で示すように、図１４（ａ）からの変化で磁束が逆方向に流れるようになる。なお、この磁束の変化は、実際に図１４（ａ）とは逆方向に磁束が流れるようにステータ電流値の正負が逆転してもよい。いずれにしても、Ａのティース１９でＮ極がＳ極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れようとし、その図１４（ｂ）の矢印Ｔ方向の流れはダイオード２１ｎでブロックされることがない。これに対して、Ｂのティース１９でＳ極を強める方向に磁束が流れ、それを妨げる方向、すなわちＢのティース１９をＮ極にしようとする方向にロータ巻線４２ｓに誘導電流が流れようとするが、その向きの流れはダイオード２１ｓでブロックされるため、Ｂでは電流は流れない。
【００７７】
続いて、図１４（ｃ）に示すように、減少パルス電流が発生している後期、すなわちｑ軸電流が急激に増大する状態では、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを流れる電流の大きさが増大する方向に変化して、実線矢印Ｒ１で示すように、図１４（ｂ）から磁束が逆方向に流れるようになる。この場合、Ａのティース１９でＮ極を強める方向に磁束が流れ、それを妨げる方向、すなわちＡのティース１９をＳ極にしようとする方向（ダイオード２１ｎと逆方向のＸ方向）にロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れようとするが、図１４（ｂ）ですでに電流が流れているので、その電流は少なくともある時間の間で徐々に減少する。また、Ｂのティース１９でＳ極がＮ極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線４２ｓに誘導電流が流れようとし、その図１４（ｃ）の矢印Ｙ方向の流れはダイオード２１ｓでブロックされることがない。この結果、図１３Ｂ、図１３ＣのＢ２部に示すようにｑ軸電流の減少パルス重畳によりロータ起磁力が増大し、モータトルクが増大する。
【００７８】
また、減少パルス電流が０になり再び図１４（ａ）の状態に戻ると、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流は徐々に低下するが、減少パルス電流を周期的に重畳させることでトルクの増大効果を得られることとなる。なお、上記の説明では、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに流れる電流が最大となるときに減少パルス電流を重畳させる場合を説明したが、Ｕ相、Ｖ相の場合も同様である。
【００７９】
このような回転電機駆動システム３４によれば、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに過大な電流が流れることを防止しつつ、全域のトルクを増大でき、さらに低回転領域のトルクをより増大できる回転電機１０を実現できる。例えば、複数相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗが３相のステータ巻線である場合に、１相（例えばＷ相）のステータ巻線に対するパルス電流重畳前に、１相（例えばＷ相）に流れる電流の絶対値が他の相（例えばＵ相、Ｖ相）のステータ巻線を流れる電流の絶対値よりも高い場合でも、減少パルス電流の重畳で、全部の相に流れる電流の絶対値をパルス状に下げつつロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流を大きくすることができる。このため、すべてのステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流であるステータ電流のピークを抑えつつ、低回転領域でも回転電機１０のトルクを大きくすることができる。しかも、補助極４８（図１〜３）により、ステータ１２で生成される磁界に含まれ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波をステータ１２からロータ１４に誘導することができ、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流をより大きくして、低回転領域でのトルクをより増大できる。また、ロータ１４側に磁石を設ける必要がないため、磁石レス化と高トルク化とを図れる。
【００８０】
また、図１３Ａに示すように、ｑ軸電流指令に減少パルス電流を重畳させることにより、１相、例えばＷ相のステータ巻線２８ｗを流れる電流の絶対値が大きくパルス状に減少するようにしているが、このようにパルス状に変化する電流のピーク先端は０付近に位置するようにする場合に限定しない。例えば、Ｗ相のステータ巻線２８ｗを流れる負の電流が、０付近まで上昇した後、正側に大きくなるように重畳後ｑ軸電流指令Ｉｑｓｕｍ＊の減少パルス電流の減少幅Ｅ（図１３Ａ）を大きくすることもできる。この場合でもステータ電流を過度に大きくすることなく、空間高調波によるｑ軸磁束の変化量を大きくすることができ、トルクの増大を図れる。
【００８１】
これに対して、上記の特許文献２に記載された同期機の場合、パルス電流によってロータで電磁石を形成しているが、ロータの外周部に径方向にまたがるようにロータ巻線を設けており、ロータ巻線に１の整流素子を接続することでロータの径方向反対側に異なる２の磁極を形成している。このため、ｑ軸電流にパルスを重畳させても２の磁極を形成するための誘導電流が互いに打ち消しあいロータ巻線に誘導電流を発生させることができない。すなわち、この構成では、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させて、トルクを発生させることはできない。
【００８２】
また、上記の特許文献３に記載された同期機の場合、ｄ軸電流とｑ軸電流とにパルス状に増大してから減少する増加パルス電流を重畳させているので、ステータ巻線に流れる電流のピークが過度に上昇する可能性がある。また、上記の特許文献４に記載された同期機の場合、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現することを目的として、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させる手段は開示されていない。
【００８３】
例えば、図１５は、図１１〜１４の構成とは異なる例であって、ステータ電流に増加パルス電流を重畳させる場合の回転電機駆動システムにおいて、Ｕ相のステータ巻線に流す電流（ステータ電流）と、ロータ巻線に生じる誘導電流（ロータ誘導電流）との１例を示す図である。この例では、減少パルス電流の代わりに増加パルス電流を重畳させる以外は、上記の図１１〜１４の構成と同様とする。図１５に示すように、この例では、正弦波のステータ電流にパルス状に増大してから減少する増加パルス電流を重畳させている。この場合、矢印Ｃ１で示すようにステータ電流が急上昇することで、矢印Ｄ１で示すように、ロータ誘導電流が電磁誘導の原理にしたがって急激に減少している。その後、矢印Ｃ２で示すように、ステータ電流が急低下することで、ロータ誘導電流が増大している。この原理により、３相のステータ巻線のうち、いずれかの相に流れる電流は増大する。このため、所望のトルクを発生させるために大きな電流パルスを重畳させることが必要になる場合がある。この場合、ｄ軸電流に増加パルス電流を重畳させている。このため、電流のピーク値が過大となり、設計上要求されるインバータ電流制限を越える可能性がないとはいえない。
【００８４】
これに対して、上記の図１１〜１４の構成によれば、ステータ電流が過大となることを防止できる、すなわち、電流のピーク値が過大となることを防止できるので、上記の不都合をいずれも解消できる。なお、上記の図１５に誘導電流を示した例でも上記の図１〜３に示した実施形態の回転電機１０を使用することもできる。例えば、ステータ電流の電流ピーク値が上昇した場合でもインバータの電流制限を超えないようにすることもできる。
【００８５】
また、上記の図１〜図３の本実施の形態によれば、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓ同士で順方向が逆になる整流素子である、ダイオード２１ｎ、２１ｓに接続し、各ダイオード２１ｎ、２１ｓは、該誘導起電力の発生によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を整流することで、該周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせている。これに対して、図１６に示すように本実施の形態とは異なる別の実施形態も考えられる。図１６は、別の実施形態において、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させた場合の変化を示すロータの模式図である。
【００８６】
図１６の別の実施形態では、ロータ１４の周方向複数個所に設けたティース１９にロータ巻線８８ｎ、８８ｓを巻装するとともに、隣り合うロータ巻線８８ｎ、８８ｓ同士をダイオード９０を介して接続し、各ロータ巻線８８ｎ、８８ｓに流れる電流により生成される磁極部である、ティース１９の磁気特性を交互に異ならせている。また、図１６の例でもロータ１４に上記の図１〜３の実施形態と同様に補助極を設けているが、この補助極の図示は省略している。この別の実施形態では、図１６の破線矢印で示すようにｑ軸電流にパルス電流を重畳させることによる空間高調波のｑ軸磁束が流れる場合に、（ａ）でＮ極とＳ極との両方がＳ極になろうとして電流が流れようとするが、その電流がＮ極側とＳ極側とで互いに打ち消し合ってしまう。また、（ａ）とは逆方向にｑ軸磁束が流れる場合でも、（ｂ）でＮ極とＳ極との両方がＮ極になろうとして電流が流れようとするが、その電流がＮ極側とＳ極側とで互いに打ち消し合ってしまう。このため、図１６の別の実施形態では、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させても、ロータ巻線８８ｎ、８８ｓに電流を誘導することができない。これに対して、上記の図１〜３に示した実施の形態では、上記のようにｑ軸電流にパルス電流を重畳させることによりトルクの増大効果を得られる。ただし、上記の図１６に示した実施形態でも、ステータ巻線に電流を流すためのｄ軸電流指令に、パルス状に増加させる増加パルス電流を重畳させる等により、ロータ１４にトルクを発生させることはできる。
【００８７】
なお、図１１〜１４に示した本実施の形態では、制御装置３８がｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段７２を有し、ｄ軸電流にはパルス電流を重畳しない場合を説明した。ただし、制御装置３８は、減少パルス重畳手段７２を有するとともに、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるのと同時に、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流、すなわちパルス状に急激に増大してから急激に減少するパルス電流を重畳させる増加パルス重畳手段を有するようにすることもできる。すなわち、回転電機駆動システムとして、制御部は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるとともに、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊にパルス状に増加させる増加パルス電流を重畳させる減少増加パルス重畳手段を有する構成とすることもできる。
【００８８】
この構成によれば、各相のステータ電流を電流制限範囲に収めつつ、ｄ軸電流により生成されるｄ軸磁路を通過する磁束の変動量を大きくできるので、ロータ１４での誘導電流をより大きくして回転電機１０のトルクをより有効に増大できる。すなわち、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに過大な電流が流れることを防止しつつ、全域のトルクを増大でき、さらに低回転領域のトルクをより増大できる回転電機１０を実現できる。より詳しくは、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に対する減少パルス電流及びｄ軸電流指令Ｉｄ＊に対する増加パルス電流の重畳で、すべての相の電流を、要求される電流制限範囲内に収めつつ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流を大きくできる。しかも、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流を重畳させるので、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊により生成されるｄ軸磁路を通過する磁束の変動量を大きくできる。ｄ軸磁路は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に対応するｑ軸磁路よりも空隙を通過するのを少なくできるので磁気抵抗が低くなり、ｄ軸磁束の変動量を大きくすることは、トルクの増大に有効である。したがって、すべての相のステータ電流のピークを抑えつつ、低回転領域でもロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流を大きくでき、回転電機１０のトルクを大きくすることができる。しかも、補助極４８により、ステータ１２で生成される回転磁界に含まれ、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに鎖交する空間高調波、特に、空間２次高調波を増大させることができ、その磁束の変化を大きくし、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導される誘導電流をより大きくして、低回転領域での回転電機１０のトルクをより増大できる。
【００８９】
また、図１１〜１４に示した実施の形態では、減少パルス重畳手段７２は、回転電機１０のトルク及び回転数により規定される予め定められる所定領域にある場合にのみ、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるようにすることもできる。例えば、回転電機１０のトルクが予め設定された所定トルク以上である場合にのみ、減少パルス重畳手段７２は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるようにすることもできる。
【００９０】
また、図１７は、図１１〜１４に示した回転電機駆動システムにおいて、パルス電流の重畳状態を変化させる例を説明するための回転電機の回転数とトルクとの関係を示す図である。すなわち、図１７に示す例では、回転電機１０の回転数及びトルクの範囲、またはトルクの範囲に応じて、パルス電流の重畳方式を３段階で変化させることもできる。図１７では、パルス電流を重畳させない回転電機駆動システムを用いた場合の回転電機１０の回転数とトルクとの関係を示している。このため、矢印Ｚで示す回転数の低い範囲では、回転電機１０のトルクが低下しており、図１７の斜線部でトルクを増大することが望まれることが分かる。これに対して、上記のように制御部が減少増加パルス重畳手段を有する構成において、パルス電流の重畳方式を３段階で変化させる実施の形態によりこの不都合を解消することもできる。この実施形態では、図１７のＨ１領域、Ｈ２領域及びＨ３領域において、トルクと回転数との関係が規定される場合に、それぞれの領域に対応して異なる方式でパルス電流をｄ軸電流及びｑ軸電流の少なくとも一方に重畳させる。
【００９１】
まず、Ｈ１領域にある場合、すなわち、予め定めたロータ１４の所定回転数（Ｊmin-1）以下において、回転電機１０の出力トルクが閾値（Ｋ１Ｎｍ）以下では、減少増加パルス重畳手段は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流Ｉｄｐ＊を重畳させるが、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊には減少パルス電流を重畳させない増加パルス方式を実行する。このように電流制限から余裕がある場合に、ｄ軸磁束の変化のみを使用する増加パルス方式で効率よくロータ電流を誘導できる。
【００９２】
これに対して、Ｈ２領域にある場合、すなわち、ロータ１４の所定回転数（Ｊmin-1）以下において、回転電機１０の出力トルクが閾値（Ｋ１Ｎｍ）を超えて第２閾値（Ｋ２Ｎｍ）以下である場合、減少増加パルス重畳手段は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流Ｉｄｐ＊を重畳させるとともに、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流Ｉｑ＊を重畳させる減少増加パルス方式を実行する。このように電流制限からの余裕が小さくなる場合には、ｄ軸磁束の変化とともにｑ軸磁束の変化を使用する増加減少パルス方式で、電流制限の範囲内でロータ電流を誘導できる。
【００９３】
また、Ｈ３領域にある場合、すなわち、ロータ１４の所定回転数（Ｊmin-1）以下において、回転電機１０の出力トルクが閾値（Ｋ２Ｎｍ）を超える場合、減少増加パルス重畳手段は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流Ｉｑｐ＊を重畳させるが、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊には増加パルス電流を重畳させない減少パルス方式を実行する。このように電流制限により近くなる場合には、ｑ軸磁束の変化のみを使用する減少パルス方式を用いるので、各相ステータ電流をいずれも電流制限範囲の中央側に変化させて、電流増加を防止しつつトルクの増大を図れる。
【００９４】
なお、Ｈ１領域、Ｈ２領域及びＨ３領域の３段階で、パルス電流の重畳方式を変化させる場合を説明したが、Ｈ１領域及びＨ２領域の２段階で、パルス電流の重畳方式を変化させることもできる。この場合、減少増加パルス重畳手段は、予め定めたロータ１４の所定回転数以下において、出力トルクが閾値以下でｄ軸電流指令に増加パルス電流を重畳させるが、ｑ軸電流指令には減少パルス電流を重畳させない増加パルス方式を実行し、出力トルクが閾値を超えると、ｄ軸電流指令に増加パルス電流を重畳させるとともに、ｑ軸電流指令に減少パルス電流を重畳させる減少増加パルス方式を実行する。
【００９５】
なお、上記では、回転電機駆動システム３４を構成する制御装置３８が、ｑ軸電流やｄ軸電流にパルス電流を重畳させる場合を説明した。ただし、上記の図１〜３に示した実施形態の回転電機１０を含む回転電機駆動システムでは、このような減少パルス重畳手段や減少増加パルス重畳手段を設けないで、単にインバータを駆動する機能を有する構成も採用できる。
【００９６】
次に、上記の実施形態の回転電機の他の構成例について説明する。以下に示すように、本発明では、種々の回転電機の構成例に適用できる。
【００９７】
例えば上記の図１〜３に示した実施形態では、ロータ１４が、周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｎ同士を電気的に直列接続し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｓ同士を電気的に直列接続した構成を説明した。ただし、図１８に示すように、それぞれロータティースであり、磁極部である各ティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓのそれぞれにダイオード２１ｎ、２１ｓを１ずつ接続し、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓが互いに電気的に分断されているロータ１４を含む回転電機でも、各ティース１９間に補助極４８を設けることもできる。すなわち、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間のスロット５０底部の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。その他の構成は、上記の図１〜３に示した実施形態と同様である。
【００９８】
また、図１９に示すように、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓをトロイダル巻きにすることもできる。図１９に示す構成例では、ロータコア１６は環状コア部９２を含み、それぞれロータティースである各ティース１９は、環状コア部９２から径方向外側へ（ステータ１２へ向けて）突出している。また、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間のスロット５０底部の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。
【００９９】
また、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、環状コア部９２における各ティース１９付近の位置にトロイダル巻きで巻装されている。図１９に示す構成例でも、ステータ１２で形成された空間高調波を含む回転磁界が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が流れ、各ティース１９が磁化する。その結果、ロータ巻線４２ｎ付近に位置するティース１９がＮ極として機能し、ロータ巻線４２ｓ付近に位置するティース１９がＳ極として機能する。その際には、周方向に関する各ティース１９の幅θをロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各ティース１９の幅θを、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく（あるいはほぼ等しく）することが好ましい。なお、図１９では、図１に示す構成例と同様に、周方向に隣接するロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｎ同士を電気的に直列接続し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｓ同士を電気的に直列接続した例を示している。ただし、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓをトロイダル巻にした例においても、図１８に示す構成例と同様に、各ティース１９付近に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断することもできる。その他の構成は上記の実施形態と同様である。
【０１００】
また、上記の実施形態では、例えば図２０に示すように、各ティース１９に共通のロータ巻線４２を巻装することもできる。図２０に示す構成例では、ロータ巻線４２がダイオード２１を介して短絡されていることで、ロータ巻線４２に流れる電流の方向がダイオード２１により一方向（直流）に整流される。各ティース１９に巻装されたロータ巻線４２は、周方向に隣接するティース１９同士で磁化方向が互いに逆方向となるように、周方向に隣接するティース１９に巻装された部分の巻き方向が互いに逆方向である。また、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間のスロット５０底部の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。
【０１０１】
図２０に示す構成例では、ステータ１２で形成された回転磁界で例えばステータ電流のｄ軸指令にパルス電流を重畳させる等により、ロータ巻線４２に変動磁束が鎖交し、それによりロータ巻線４２にダイオード２１で整流された直流電流が流れて各ティース１９が磁化する結果、各ティース１９が磁極の固定された磁石として機能する。その際には、周方向に隣接するティース１９同士で異なる磁極の磁石が形成される。図２０に示す構成例によれば、ダイオード２１の数を１つに減らすことができる。その他の構成は、上記の図１〜３の実施形態と同様である。
【０１０２】
また、別の実施形態として、図２１に示すように、ロータコア１６の外周面の複数個所に固定した永久磁石９４にロータ巻線４２ｎ、４２ｓを巻装することもできる。本構成例の回転電機を構成するロータ１４では、ロータコア１６に磁気的突極特性を持たせず、ロータコア１６の外周面の周方向複数個所に永久磁石９４を固定している。また、各永久磁石９４の周囲にロータ巻線４２ｎ，４２ｓを巻装している。本構成例では、ロータ１４の周方向複数個所の、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの内側と周方向に一致する部分を磁極部としている。永久磁石９４は、ロータ１４の径方向に着磁させるとともに、その着磁方向を、ロータ１４の周方向に隣り合う永久磁石９４同士で異ならせている。図２１において、永久磁石９４の上に配置された実線矢印は、永久磁石９４の磁化方向を表している。また、ロータコア１６において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間の周方向中央部にそれぞれ、少なくとも一部が磁性材により構成される複数の補助極４８が設けられている。
【０１０３】
また、各永久磁石９４に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、互いに電気的に接続されておらず分断（絶縁）されている。そして、電気的に分断された各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓを、隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓ同士で異なる極性を有するダイオード２１ｎ、２１ｓで短絡している。その他の構成は上記の図１〜３に示した実施形態と同様である。
【０１０４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記では、ステータの径方向内側にロータが対向配置された場合を説明したが、ステータの径方向外側にロータが対向配置された構成でも本発明を実施できる。また、ステータ巻線はステータに集中巻きで巻線する場合を説明したが、例えばステータで空間高調波を含む回転磁界を生成できるのであればステータにステータ巻線を分布巻きで巻線する構成でも本発明を実施できる。また、上記の各実施形態では、磁気特性調整部をダイオードとした場合を説明したが、ロータ巻線に発生する誘導起電力によって前記複数のロータティースまたはロータ巻線の内側に生じる磁気特性を周方向で異ならせる機能を有するものであれば、他の構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ ロータコア、１９ ティース、２１，２１ｎ，２１ｓ ダイオード、２２ 回転軸、２６ ステータコア、２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ ステータ巻線、３０ ティース、３１ スロット、３４ 回転電機駆動システム、３６ インバータ、３８ 制御装置、４０ 蓄電装置、４２ ロータ巻線、４２ｎ 第１ロータ巻線、４２ｓ 第２ロータ巻線、４４ 第１ロータ巻線回路、４６ 第２ロータ巻線回路、４８ 補助極、５０ スロット、５２ 根元部、５４ 先端部、５６ 段差部、６８ コンデンサ、７０ 電流センサ、７２ 減少パルス重畳手段、７４，７５ 減算部、７６，７７ ＰＩ演算部、７８ ３相／２相変換部、８０ ２相／３相変換部、８２ 回転角度検出部、８４ 減少パルス生成部、８６，８７ 加算部、８８ｎ，８８ｓ ロータ巻線、９０ ダイオード、９２ 環状コア部、９４ 永久磁石。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を生じさせる固定子と、
前記回転磁界に含まれる高調波成分によって起電力が生じるようにコイルが巻線されるとともに、前記起電力によって磁極が生じるように構成された回転子とを備え、
前記回転子は、前記高調波成分を、前記固定子から前記回転子に誘導する誘導部を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転子は、
前記起電力によって磁極が生じるように形成された磁極部を備えていることを特徴する回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記誘導部は、前記固定子に近接するように設けられることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
前記誘導部は、前記起電力の発生を大きくするように、前記高調波成分を誘導することを特徴とする回転電機。
【請求項１】
回転磁界を生じさせる固定子と、
前記回転磁界に含まれる高調波成分によって起電力が生じるようにコイルが巻線されるとともに、前記起電力によって磁極が生じるように構成された回転子とを備え、
前記回転子は、前記高調波成分を、前記固定子から前記回転子に誘導する誘導部を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転子は、
前記起電力によって磁極が生じるように形成された磁極部を備えていることを特徴する回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記誘導部は、前記固定子に近接するように設けられることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
前記誘導部は、前記起電力の発生を大きくするように、前記高調波成分を誘導することを特徴とする回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−２２２９４１（Ｐ２０１２−２２２９４１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５６４１（Ｐ２０１１−８５６４１）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]